La misurazione delle vibrazioni mano-braccio con l’uso di un sensore montato manualmente garantisce il raggiungimento delle misurazioni più rappresentative, effettuate nel punto di contatto della mano con uno strumento vibrante. Quando si misura la vibrazione su una mano, la misurazione simultanea della forza di contatto verifica se l’entità della forza è sufficientemente rigida. La forza di contatto fornisce anche informazioni sul programma di lavoro dell’operatore e può aiutare a istruire gli operatori se utilizzano una forza eccessiva o insufficiente quando lavorano con strumenti portatili. Inoltre, conoscendo sia il valore della forza di accoppiamento che l’accelerazione della vibrazione, è possibile calcolare l’effettiva dose di energia vibratoria trasferita a una mano.
La precisione delle misurazioni delle vibrazioni utilizzando adattatori mano-braccio è stata testata in 240 misurazioni in totale, eseguite presso l’Istituto nazionale di ricerca polacco presso l’Istituto centrale per la protezione del lavoro. L’impatto della forza di accoppiamento sull’entità delle vibrazioni è stato valutato con i misuratori di vibrazioni umane SV106 di Svantek e gli adattatori mano-braccio SV105AF (le soglie della forza di spinta nei test erano: 0 N, 20 N, 50 N, 100 N).
I risultati hanno dimostrato che le misurazioni effettuate con adattatori mano-braccio forniscono risultati di vibrazione corretti indipendentemente dalle variazioni della forza di contatto e dal tipo di segnale di vibrazione. Lo studio ha inoltre indicato che è necessario definire una soglia minima di forza per mitigare l’incertezza legata al contatto tra la mano e uno strumento vibrante.
Negli ultimi anni gli accelerometri basati sulla tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) sono diventati un’alternativa ai sensori piezoelettrici. I trasduttori MEMS sono ampiamente utilizzati nei sistemi micromeccanici dei settori automobilistico, informatico e audiovisivo. La costruzione del MEMS consiste in una massa in movimento di pannelli resistenti posti su un sistema di sospensione meccanica di riferimento. Come risultato del movimento (come la vibrazione), si verifica un cambiamento nella capacità tra le piastre mobili e fisse (che formano condensatori).
Il vantaggio dei MEMS sono le loro dimensioni che possono variare da pochi micron a millimetri, il che li rende una pietra miliare nella miniaturizzazione. L’elenco dei vantaggi dei sensori basati su MEMS è lungo e comprende basso costo, basso consumo energetico, dimensioni ridotte, resistenza agli shock meccanici, piena compatibilità elettromagnetica e nessun effetto DC-shift.
L’introduzione degli accelerometri MEMS ha infranto la barriera creata dagli accelerometri piezoelettrici nelle misurazioni delle vibrazioni mano-braccio. Innanzitutto ha ridotto il costo del sistema completo. In secondo luogo, le loro dimensioni ridotte hanno permesso di essere attaccati alle mani umane senza alcuna distrazione durante lo svolgimento delle attività quotidiane anche sotto i guanti antivibranti, fornendo quindi i veri risultati dell’esposizione alle vibrazioni. Inoltre, le loro dimensioni hanno consentito l’installazione di un sensore della forza di contatto accanto all’accelerometro, consentendo così la misurazione della forza di contatto contemporaneamente alla valutazione dell’accelerazione triassiale. Ciò ha costituito una solida base per la creazione di metodi migliorati di valutazione delle vibrazioni mano-braccio e di nuovi standard di misurazione delle vibrazioni mano-braccio.
Prima dell’introduzione dei sensori MEMS, le misurazioni delle vibrazioni mano-braccio venivano eseguite con sensori piezoelettrici tipicamente montati su utensili. La posizione dei sensori non è stata scelta come raccomandato dall’ISO, ovvero nel punto di contatto con la mano, ma, per evitare danni, nel punto più comodo e sicuro per il sensore stesso. L’introduzione degli adattatori per vibrazioni mano-braccio MEMS con funzionalità di misurazione della forza ha risolto il problema e ha consentito la misurazione esattamente nel punto di contatto tra la mano e la superficie vibrante.
Allo stesso tempo, l’uso di adattatori per vibrazioni mano-braccio ha sollevato la questione della precisione delle misurazioni delle vibrazioni in funzione della forza di contatto. Per rispondere a questa domanda, presso l’Istituto nazionale di ricerca polacco presso l’Istituto centrale per la protezione del lavoro sono state eseguite 240 misurazioni. L’impatto della forza di accoppiamento sull’entità delle vibrazioni è stato valutato con i misuratori di vibrazioni umane SV106 di Svantek e gli adattatori mano-braccio SV105AF (le soglie della forza di spinta nei test erano: 0 N, 20 N, 50 N, 100 N).
Figura 1. Adattatore per vibrazioni mano-braccio con accelerometro MEMS triassiale e sensore di forza di contatto installato
Lo studio è stato eseguito con due SV 106, i misuratori di livello di vibrazioni umane di SVANTEK soddisfano i requisiti ISO 8041:2005 e sono progettati per eseguire misurazioni in conformità con gli standard ISO 5349-1 e ISO 5349-2, con speciali adattatori mano-braccio SV 105AF montati sulle impugnature degli eccitatori di vibrazioni. Durante la misurazione lo strumento era alimentato a batteria. Due unità SV 105AF, contrassegnate come adattatori mano-braccio A e B, sono state fissate con nastro adesivo e cera d’api per garantire la ripetibilità delle misurazioni. Uno degli adattatori (A) è stato utilizzato per la misurazione con l’operatore, mentre il secondo (B) è il riferimento. Entrambi i punti di misurazione erano situati sulla maniglia di prova. Durante le misurazioni il punto A si trovava nel punto di contatto della mano dell’operatore con la maniglia. Il punto B è stato localizzato sotto la zona di contatto della mano con l’impugnatura di prova. Come riferimento, l’accelerometro Brüel & Kjaer 4374, nr. NA2/11 e il PULSE Brüel & Kjaer 3560C, nr. È stato utilizzato l’analizzatore NA2/84. All’impugnatura è stato fissato anche l’accelerometro di riferimento.
Strumentazione utilizzata per generare e controllare i segnali di test:
Strumentazione utilizzata per le misurazioni della forza:
Figura 2a. Adattatore per vibrazioni mano-braccio con accelerometro MEMS triassiale e sensore di forza di contatto installato
Figura 2b. Misuratori di vibrazioni SV 106
Le forze di contatto tra la mano e la superficie vibrante sono: la forza di spinta/trazione e la forza di presa. La necessità di una valutazione simultanea delle forze di contatto e dell’entità delle vibrazioni è stata universalmente riconosciuta e riflessa nello standard ISO 15230.
Durante l’esperimento la forza di spinta è stata misurata con l’uso di una piattaforma speciale presso l’Istituto nazionale di ricerca polacco presso l’Istituto centrale per la protezione del lavoro, utilizzando il misuratore PI-W Movir MSZN-1 e il sensore CW 18/80. Le soglie della forza di spinta nei test erano: 0 N, 20 N, 50 N, 100 N.
Figura 1. Esempio di misurazione delle forze di contatto fornita dalla norma ISO 15230
L’obiettivo dell’esperimento era eseguire misurazioni dell’accelerazione delle vibrazioni su una maniglia di prova con l’uso dei misuratori SV 106 descritti a p. 2.1 in presenza delle diverse forze di spinta applicate dall’operatore e valutare gli effetti di tali forze sui risultati della vibrazione.
Il metodo dello studio consisteva nel misurare l’accelerazione ponderata della vibrazione nella direzione parallela alla vibrazione generata su una maniglia di prova con l’uso simultaneo di due set di misurazione descritti a p. 2.1. La vibrazione generata su una maniglia era conforme allo standard ISO 10819:2013.
L’adattatore A è stato testato con forze di spinta definite applicate da < 10 operatori diversi, mentre l’adattatore B è stato utilizzato come riferimento senza l’uso di forze di spinta.
Nello studio sono stati utilizzati due segnali di test:
Le misurazioni delle vibrazioni mano-braccio sono state eseguite in conformità alla norma ISO 5349-1:2001 Vibrazioni meccaniche – Misurazione e valutazione dell’esposizione umana alle vibrazioni trasmesse dalla mano – Parte 1: Requisiti generali e ISO 5349-2:2001 Vibrazioni meccaniche – Misurazione e valutazione dell’esposizione umana alle vibrazioni trasmesse dalla mano – Parte 2: Guida pratica per la misurazione sul posto di lavoro.
Foto 3. Posizione dell’operatore sulla piattaforma durante le misurazioni.
Il grafico seguente presenta il rapporto tra i risultati medi di 30 misurazioni per ciascuna soglia della forza di contatto nel punto A rispetto ai risultati nel punto B insieme alla deviazione standard. I risultati del segnale di vibrazione 1 sono contrassegnati in blu e del segnale di vibrazione 2 in rosso.
Grafico 1. Rapporto tra i valori di vibrazione misurati con la forza applicata rispetto ai valori di riferimento senza forza applicata
Sulla base dello studio condotto è stato stabilito che le differenze tra le accelerazioni di vibrazione misurate nei punti A e B per forze di spinta nell’intervallo da 0 a 100 N non superano l’1,2%, il che significa che l’effetto della forza di spinta applicata è irrilevante per i valori di vibrazione misurati.
Sono state eseguite misurazioni aggiuntive con adattatori mano-braccio senza l’uso di cera d’api o nastro di montaggio per valutare l’effetto delle modifiche nell’accoppiamento dell’adattatore all’impugnatura di prova. Si è notato che per soglie di forza inferiori a 20 N era necessario garantire che l’accoppiamento tra adattatore e impugnatura di prova fosse sufficiente ad evitare rotture di contatto continuo durante le misurazioni.
