VDI VDE 2648 Blatt 1-2009 Transducers and measuring systems for measurement of angle - Instructions for traceable calibration - Direct measure angle measuring systems.pdf

1、ICS 17.040.30 VDI/VDE-RICHTLINIEN Oktober 2009October 2009VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Sensoren und Messsysteme fr die Drehwinkelmessung Anweisungen fr die rckfhrbare Kalibrierung Direkt messende Drehwinkelmesssysteme Transducers and measuring

2、 systems for measurement of angle Instructions for traceable calibration Direct measure angle measuring systems VDI/VDE 2648Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as auth

3、ori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Fertigungsmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik Band 2: Fertigungstechnisches Messen VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3:

4、Betriebsmittel VDI/VDE-Handbuch Mikro und Feinwerktechnik Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 09.07Entwurf, deutsch Former edition: 09/07 Draft, inGerman only Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmb

5、H, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2009 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 2 2 Begriffe 3 3 Formelzeichen. 3 4 Grundlagen und Voraussetzungen 4 4.1 Einbaubedingungen 4 4.2 Anwendungsspezifisch

6、e Randbedingungen 4 5 Kalibrierverfahren. 5 5.1 Ermittlung der Wiederholprzision 5 5.2 Ermittlung der Anzeigeabweichung und der Umkehrspanne 5 5.3 Einfluss der Drehgeschwindigkeit . 6 5.4 Einfluss eines Drehmoments 7 5.5 Relativlagenmessung . 7 6 Dokumentation/Kalibrierschein. 8 7 Modell und Messuns

7、icherheitsbudget fr die Kalibrierung von direkt messenden Sensoren. 8 Schrifttum 14 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope .2 2 Terms and definitions.3 3 Symbols .3 4 Fundamental principles and prerequisites4 4.1 Assembly conditions 4 4.2 Application-specific requirements.4 5 Calibration method5

8、 5.1 Calculating repeatability.5 5.2 Determining indication error and hysteresis5 5.3 Influence of the angular velocity6 5.4 Influence of a torque.7 5.5 Relative position measurement.7 6 Documentation/calibration certificate .8 7 Model and measurement uncertainty budget for the calibration of direct

9、 measuring transducers.8 Bibliography.14 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2648 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben

10、und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung de

11、rLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe sind im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2648.

12、 Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and tr

13、anslation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. A c

14、atalogue of all available parts of this guideline can be accessed on the internet at www.vdi.de/2648. Einleitung Im Fachausschuss Mess- und Prfverfahren fr die Schraubtechnik“ beraten Fachleute aus For-schung und Industrie auf nationaler und internatio-naler Ebene Verfahren und Vorgehensweisen zurbe

15、rwachung und Kalibrierung von Sensoren. DieErgebnisse der Beratung flieen als technischeRegel in VDI/VDE-Richtlinien ein. Die nachfolgend aufgefhrten Richtlinien zurDrehmoment- und Drehwinkelmessung sind bereitserschienen bzw. sind in Vorbereitung: VDI/VDE 2646 Drehmomentmessgerte; An-weisungen fr d

16、ie rckfhrbare Werkskalibrie-rung VDI/VDE 2647 Sensoren fr Schraubsysteme;Anweisungen zur dynamischen Prfung vonWerkzeugen in Anlehnung an ISO 5393 VDI/VDE 2648 Blatt 1 Sensoren und Messsys-teme fr die Drehwinkelmessung; Anweisungen fr die rckfhrbare Kalibrierung; Direkt mes-sende Drehwinkelmesssyste

17、me VDI/VDE 2648 Blatt 2 Sensoren und Messsys-teme fr die Drehwinkelmessung; Anweisungen fr die rckfhrbare Kalibrierung; Indirekt mes-sende Drehwinkelmesssysteme Introduction The committee “Measuring and testing processes in screwdriving technology” brings together ex-perts from research and industry

18、, for consultation at a national and international level on methods and procedures for the monitoring and calibration of transducers. The results of this consultation are incorporated as technical rules in VDI/VDE guide-lines. The guidelines listed below on torque and angle measurements have already

19、 been published or are under preparation: VDI/VDE 2646 Torque measuring devices; Minimum requirements in calibrations VDI/VDE 2647 Transducers for nutrunning systems; Guideline for dynamic checking of tools according to ISO 5393 VDI/VDE 2648 Part 1 Transducers and meas-uring systems for measurement

20、of angle; In-structions for traceable calibration; Indirect measure angle measuring systems VDI/VDE 2648 Part 2 Transducers and measur-ing systems for measurement of angle; Instruc-tions for traceable calibration; Indirect measure angle measuring systems 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlini

21、e beschreibt die Kalibrie-rung von Drehwinkelmessgerten, bei denen derDrehwinkel direkt gemessen wird. Weiter werdenEinflussgren, Verfahren, Messunsicherheitsbe-trachtungen und der Inhalt von Kalibrierscheinenfestgelegt. 1 Scope This guideline describes the calibration of angle measurement devices t

22、hat measure the angle di-rectly. In addition, influencing quantities, methods, measurement uncertainty considerations and the content of calibration certificates are established. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V.,

23、 Dsseldorf 2009 VDI/VDE 2648 Blatt 1 / Part 1 3 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten diefolgenden Begriffe: Direkte Winkelmessung Die Winkelmessung erfolgt direkt in oder an einerMessachse nach folgenden Verfahren: direkte Winkelcodierung zhlen von Inkrementen auf einer Teilkreis-sch

24、eibe messen einer proportionalen Messgre (z. B. magnetisch, induktiv und potenziometrisch) Anmerkung: Die indirekte Winkelmessung wird in der Richt-linie VDI/VDE 2648 Blatt 2 beschrieben. Diese Winkelmes-sung erfolgt referenzlos ber eine Ersatzmessgre. Als Bei-spiel werden optische oder elektrische

25、Gyroskope sowie Be-schleunigungsaufnehmer fr die Messdatenaufnahme verwen-det. Durch ein komplexes Berechnungsverfahren werden diegewonnenen Messwerte auf die Gre Drehwinkel umgerech-net. 2 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply: Direct an

26、gle measurement Angle measurement takes place directly in or at a measurement axis according to the following meth-ods: direct angle encoding counting of increments on a segment plate measuring a proportional quantity (e.g. mag-netic, inductive and potentiometric methods) Note: Indirect angle measur

27、ement is described in the guide-line VDI/VDE 2648 Part 2. This method does not use a refer-ence but a substitute measured quantity. Optical and electric gyroscopes and acceleration sensors for recording the meas-urements are used as examples. A complex calculation method is used to convert the value

28、s obtained into an angle. 3 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheite Exzentrizitt des Kalibriergegens-tands zur Kalibriereinrichtung h Umkehrspanne k Erweiterungsfaktor m Einfluss Drehmoment p Schiefstellung des

29、 Kalibriergegen-stands zur Kalibriereinrichtung r Auflsung des Kalibriergegens-tands s Standardabweichung U erweiterte Messunsicherheit ucStandardmessunsicherheit X Anzeigewert des Kalibriergegens-tands Y Kalibrierergebnis Drehwinkel Anzeigewert der Kalibriereinrich-tung Kalibrierdrehwinkel iUnsiche

30、rheitsanteile (i = 1, ., m) v Einfluss Drehgeschwindigkeit 3 Symbols The following symbols are used throughout this guideline: SymbolName Unite eccentricity of the calibrated object relative to the calibration device h hysteresis error k extension factor m influence of the torque p inclination of th

31、e calibrated object relative to the calibration device r resolution of the calibrated object s standard deviation U extended measurement uncertainty ucstandard measurement uncertainty X displayed value of the calibrated object Y calibration result angle displayed value of the calibration de-vices ca

32、librated angle iuncertainty components (i = 1, ., m) v influence of the angular velocity B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2648 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 Grundlagen und Voraussetzungen 4.1

33、Einbaubedingungen Der Prfling muss whrend des Kalibriervorgangs gem den Herstellerangaben betrieben werden. Der Kalibriergegenstand ist mit dem Referenz-Messsystem so zu verbinden, dass folgende Bedin-gungen erfllt werden: spielfreie und steife Kopplung der Wellen ge-gen Verdrehung konzentrische und

34、 koaxiale Lage der Drehach-sen spielfreie Fixierung der Gehuse Grundstzlich sollte fr die Verbindung der beidenWellen eine drehsteife und biegeelastische Kupp-lung zur weitestgehenden Eliminierung von Mon-tage-Einflussgren (Toleranzen von Konzentrizi-tt und Winkel der beiden Drehachsen) verwendetwer

35、den. Idealerweise sollten die Kupplungen desAuftraggebers bei der Kalibrierung verwendet wer-den. Stehen diese nicht zur Verfgung, sind labor-eigene Kupplungen zu verwenden. Der verwendeteKupplungstyp ist im Kalibrierschein anzugeben. Bei Verwendung weiterer anwendungsspezifischerAdaptionen und Beis

36、tellungen sind diese als Be-standteil des Kalibriergegenstands zu betrachten und gehen damit in das Messunsicherheitsbudgetein. Sie sind im Kalibrierschein aufzulisten. 4.2 Anwendungsspezifische Randbedingungen Die Kalibrierung sollte immer nah an den Anwen-dungsbedingungen durchgefhrt werden. Die K

37、alibrierung kann schrittweise als statischeMessung oder kontinuierlich als dynamische Mes-sung erfolgen. Das angewandte Verfahren ist im Kalibrierschein zu dokumentieren. Die Drehgeschwindigkeit ist zwischen dem Kun-den und dem Kalibrierlaboratorium abzustimmen.Dabei mssen einerseits die Anwendungsb

38、edin-gungen des Kalibriergegenstands und andererseitsdie Randbedingungen der Kalibriereinrichtung beachtet werden. Die realisierten Drehgeschwin-digkeiten sind im Kalibrierschein zu dokumentie-ren. Bei Drehmoment bertragenden Drehmoment/Dreh-winkel-Messwertwandlern ist die Verdrehung derMessstrecke

39、bei der Kalibrierung auf Anforderungdes Anwenders unter Nominallast zu ermitteln; diefestgestellten Differenzen sind im Messunsicher-heitsbudget zu bercksichtigen und im Kalibrier-schein zu dokumentieren. 4 Fundamental principles and pre-requisites 4.1 Assembly conditions During the calibration proc

40、edure, the specimen must be operated according to the manufacturers instructions. The calibrated object should be connected to the reference measurement system in such a way that it meets the following conditions: backlash-free and rigid coupling of the shaft against rotation concentric and coaxial

41、position of the axes of rotation backlash-free fixing of the housing When connecting the two shafts, an anti-torsion flexion-elastic coupling should always be used to achieve the maximum possible elimination of as-sembly-influencing quantities (tolerances of con-centricity and angles of both axes of

42、 rotation). Ide-ally, the clients couplings should be used during calibration. If these are not available, the labs own couplings are to be used. The coupling type used should be stated in the calibration certificate. When using further application-specific adapta-tions and additions, these should b

43、e considered as an integral part of the calibration object and thus be included in the measurement uncertainty budget. They should be listed in the calibration certificate. 4.2 Application-specific requirements The calibration should always be carried out close to the conditions that apply in use. T

44、he calibration can take place step-wise as a static measurement or continuously as a dynamic meas-urement. The method used should be documented in the calibration certificate. The angular velocity should be agreed on between the customer and the calibration lab. On the one hand, the calibrated objec

45、ts conditions in use should be considered, as well as the requirements of the calibration device on the other hand. The achieved angular velocities should be documented in the calibration certificate. In the case of torque-transmitting torque/angle transducers, the rotation of the measured section s

46、hould be determined during the calibration under a nominal load, if requested by the user. The dif-ferences identified should be taken into account in the measurement uncertainty budget and docu-mented in the calibration certificate. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-

47、04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI/VDE 2648 Blatt 1 / Part 1 5 5 Kalibrierverfahren Nachstehende Kalibrierverfahren zeigen Einfluss-gren auf die Drehwinkel-Messunsicherheit eines Drehwinkel-Messsystems. Sie basieren auf Erfah-rungen aus der praktischen Anwendu

48、ng und stellendie Voraussetzung fr die Angabe der Messunsi-cherheit dar. 5.1 Ermittlung der Wiederholprzision Um eine Aussage ber die Wiederholprzision zuerhalten, wird unter jeweils gleichen Messbedin-gungen ein beliebiger Winkelwert wiederholt ein-gestellt. Diese mindestens fnf Wiederholungs-messu

49、ng knnen an beliebigen, aber konstantenStart- und Endpositionen realisiert werden. Bei dynamischen Messungen kann die Ermittlung der Wiederholprzision Bestandteil der Ermittlungder Anzeigeabweichungen (siehe Abschnitt 5.2) sein, indem diese Messwerte in mindestens fnfWiederholungsmessungen ermittelt werden. In Zweifelsfllen ist die Anzahl der Wiederho-lungsm