Wpływ siły kontaktu na pomiar drgań miejscowych

Norma ISO 5349 wymaga, aby pomiar drgań był przeprowadzany tylko wtedy, gdy istnieje kontakt ręki z narzędziem. Oznacza to, że pomiar siły kontaktu i ocena jej progu gwarantują poprawne zmierzenie drgań zgodnie z normą oraz eliminują przypadki luźnego uchwytu, który mógłby sztucznie amplifikować zmierzone przyspieszenia drgań (efekt obijania dłoni przez narzędzie). W realnych pomiarach, przy niskich siłach nacisku (<20 N) istnieje ryzyko utraty stabilnego kontaktu między adapterem a uchwytem, co może wpłynąć na dokładność wyników.

Siła Kontaktu

Siły kontaktu między dłonią a wibrującą powierzchnią to: siła pchania/ciągnięcia oraz siła uchwytu. Konieczność jednoczesnej oceny sił kontaktu i wielkości drgań została powszechnie uznana i uwzględniona w normie ISO 15230.

Akcelerometry MEMS i Czujniki Siły

Akcelerometry oparte na technologii MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) stały się alternatywą dla czujników piezoelektrycznych w pomiarach drgań miejscowych. Główną zaletą akcelerometrów MEMS są ich wymiary, które mogą wynosić od kilku mikrometrów do milimetrów, co stanowi przełom w miniaturyzacji. Lista korzyści czujników MEMS jest długa i obejmuje niski koszt, niskie zużycie energii, mały rozmiar, odporność na wstrząsy mechaniczne, pełną kompatybilność elektromagnetyczną oraz brak efektu przesunięcia DC (DC-shift effect).

Niewielki rozmiar umożliwił na umieszczenie czujnika siły kontaktu obok akcelerometru, co umożliwiło jednoczesny pomiar siły kontaktu i przyspieszeń trójosiowych. Stało się to mocną podstawą do opracowania ulepszonych metod oceny drgań oddziałujących na ręce oraz nowych standardów ISO pomiaru drgań ręka-ramię.

Pomiar drgań miejscowych zgodnie z ISO 5349

Zgodnie z ISO 5349, właściwa lokalizacja czujników drgań to punkt kontaktu narzędzia z dłonią. Zintegrowany trójosiowy accelerometer z czujnikiem siły umożliwia pomiar bezpośrednio w punkcie styku dłoni z wibrującą powierzchnią.

Precyzja pomiaru drgań miejscowych za pomocą zintegrowanych adapterów została zbadana w trakcie 240 pomiarów w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy. Wpływ siły kontaktu na wartości drgań badano za pomocą mierników drgań Svantek SV 106 oraz adapterów ręka-ramię SV105AF, stosując w testach następujące progi siły nacisku: 0 N, 20 N, 50 N, 100 N.

Zintegrowany trójosiowy akcelerometr MEMS z czujnikiem siły.

Pomiar drgań i siły

Badania drgań i siły kontaktu przeprowadzono przy użyciu dwóch mierników drgań SV 106, zgodnych z normą ISO 8041:2005, ISO 5349-1 i ISO 5349-2.

Zintegrowane adaptery do pomiaru drgań miejscowych SV 105AF, oznaczone jako A i B, zostały montowane na uchwycie wzbudnika drgań. przy użyciu taśmy oraz wosku. Adapter A został użyty do pomiaru z naciskiem dłoni operatora, natomiast adapter B stanowił punkt referencyjny. Dodatkowo, użyto akcelerometeru referencyjego Brüel & Kjaer 4374, oraz systemu Brüel & Kjaer PULSE.

Eksperyment przeprowadzono w Państwowym Instytucie Badawczym w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy pod kierownictwem dr inż. Piotra Kowalskiego. Badane progi siły nacisku użyte w testach wynosiły: 0 N, 20 N, 50 N, 100 N.

Adaptery drgań miescowych z zainstalowanym trójosiowym akcelerometrem MEMS i czujnikiem siły nacisku

Mierniki drgań SV 106

Eksperyment

Celem eksperymentu było zbadanie wpływu siły uchwytu na pomiar przyspieszenia drgań. Metoda badawcza polegała na pomiarze ważonego przyspieszenia drgań w kierunku równoległym do drgań generowanych na uchwycie testowym przy jednoczesnym użyciu dwóch zestawów pomiarowych. Drgania generowane na uchwycie były zgodne z normą ISO 10819:2013.

Adapter A był testowany przy określonych siłach kontaktu przykładanych przez różnych operatorów, natomiast adapter B pełnił funkcję referencyjną i był używany bez przykładania siły nacisku.

W badaniu wykorzystano dwa sygnały testowe:

Sygnał drgań 1: symulowany sygnał przyspieszeń drgań generowanych przez młot wibracyjny,
Sygnał drgań 2: symulowany sygnał przyspieszeń drgań generowanych przez szlifierkę kątową.

Pomiary drgań ręka-ramię przeprowadzono zgodnie z normami:

ISO 5349-1:2001 Drgania mechaniczne — Pomiar i ocena ekspozycji człowieka na drgania przenoszone na ręce — Część 1: Wymagania ogólne,
ISO 5349-2:2001 Drgania mechaniczne — Pomiar i ocena ekspozycji człowieka na drgania przenoszone na ręce — Część 2: Praktyczne wytyczne dotyczące pomiaru w miejscu pracy.

Pozycja operatora na platformie podczas pomiarów.

Wyniki Badania

Poniższy wykres przedstawia stosunek uśrednionych wyników z 30 pomiarów dla każdego progu siły kontaktowej (0, 20, 50 oraz 100 Newtonów) w punkcie A do wyników w punkcie B wraz z odchyleniem standardowym. Wyniki sygnału drgań 1 (symulacja młota wibracyjnego) zaznaczono na niebiesko, a sygnału drgań 2 (symulacja szlifierki) na czerwono.

Wpływ siły na precyzję pomiaru drgań

Na podstawie przeprowadzonych badań określono, że różnice pomiędzy zmierzonymi przyspieszeniami drgań w punktach A i B dla sił nacisku w zakresie 0–100 N nie przekraczają 1,2%, co oznacza, że siła nacisku na uchwyt nie wpływa istotnie na precyzję mierzonych wartości drgań.

Jaki próg siły do pomiaru drgań miejscowych?

Dodatkowe pomiary z adapterami drgań miejscowych, bez użycia wosku pszczelego lub taśmy montażowej, wykazały, że poniżej progu siły kontaktu 20 N połączenie adaptera z uchwytem pomiarowym było niewystarczające do przeprowadzenia pomiarów bez zakłóceń. Oznacza to, że w realnych pomiarach, przy niskich siłach nacisku (<20 N) istnieje ryzyko utraty stabilnego kontaktu między adapterem a uchwytem, co może wpłynąć na dokładność wyników.

Brak odpowiedniej siły nacisku może prowadzić do chwilowych przerw w kontakcie, co z kolei może powodować zakłócenia w rejestrowanych wartościach przyspieszenia drgań. To istotne szczególnie w warunkach rzeczywistej ekspozycji na drgania, gdzie operatorzy mogą nie utrzymywać stałej siły nacisku na uchwyt.

Warto jednak zauważyć, że norma ISO 5349 wymaga, aby pomiar drgań był przeprowadzany tylko wtedy, gdy istnieje kontakt ręki z narzędziem. Oznacza to, że pomiar siły kontaktu i ocena jej progu gwarantują poprawne zmierzenie drgań zgodnie z normą oraz eliminują przypadki luźnego uchwytu, który mógłby sztucznie amplifikować zmierzone przyspieszenia drgań (efekt obijania dłoni przez narzędzie).

W praktyce oznacza to, że kontrola siły kontaktu pozwala wykluczyć błędy wynikające z nieciągłego styku dłoni z uchwytem, co mogłoby prowadzić do zawyżenia wyników pomiaru ekspozycji na drgania. Dlatego integracja pomiaru siły kontaktu z pomiarem drgań jest kluczowa dla uzyskania wiarygodnych i powtarzalnych wyników.

Poproś o więcej informacji
na temat pomiaru drgań i siły kontaktu

Podaj temat zapytania:

Wyrażam zgodę na kontakt przez e-mailCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz adresu poczty elektronicznej przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu przesyłania mi informacji marketingowych dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. za pomocą środków komunikacji elektronicznej, w szczególności poczty elektronicznej, stosownie do treści przepisu art. 10 ust. 1 i 2 ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.

Wyrażam zgodę na kontakt przez telefonCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz numeru telefonu przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu prowadzenia działań marketingowych przy użyciu telekomunikacyjnych urządzeń końcowych oraz automatycznych systemów wywołujących w rozumieniu ustawy Prawo telekomunikacyjne.

Wyrażam zgodę na otrzymywanie newsletteraCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę otrzymywanie od SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 drogą elektroniczną na wskazany przeze mnie adres e-mail newslettera i innych informacji handlowych, dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. w rozumieniu ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.

* Wyrażam zgodę na kontakt autoryzowanego dystrybutora SvantekCzytaj więcej...

Oświadczam, że zostałem poinformowany, że moje dane mogą być przekazywane podmiotom przetwarzającym dane osobowe w imieniu Administratora, w szczególności dystrybutorom – przy czym takie podmioty przetwarzają dane na podstawie umowy z administratorem i wyłącznie zgodnie z jego instrukcjami. W takich przypadkach Administrator wymaga od podmiotów trzecich zachowania poufności i bezpieczeństwa informacji oraz weryfikuje czy zapewniają odpowiednie środki ochrony danych osobowych.

Niektóre spośród podmiotów przetwarzających dane osobowe w imieniu Administratora mają siedzibę poza terytorium EOG. W związku z przekazaniem Twoich danych poza terytorium EOG, Administrator weryfikuje, aby podmioty te dawały gwarancje wysokiego stopnia ochrony danych osobowych. Gwarancje te wynikają w szczególności ze zobowiązania do stosowania standardowych klauzul umownych przyjętych przez Komisję (UE). Masz prawo żądać przekazania kopii standardowych klauzul umownych kierując zapytanie do Administratora.

Oświadczam, iż zostałem poinformowany, że przysługuje mi prawo cofnięcia wyrażonej zgody na przetwarzanie moich danych osobowych w każdym czasie oraz prawo dostępu do podanych danych osobowych, a także prawo do ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania oraz wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania danych, jak też wniesienia skargi do Prezesa Urzędu Ochrony Danych Osobowych, w przypadku naruszeń przepisów RODO.