Sources of Measurement Errors in Total Indicated Runout Measurement on Balancing Machines

Abstract

As the future becomes more electrified, electric motors are at the forefront. They need to be reliable and durable, and minimizing motor vibrations is a crucial part of this durability requirement. The total indicated runout (TIR) of the rotor shaft of an electric motor affects the interpretation of vibration values, which is why industry standards require the TIR to be sufficiently low. Therefore, it is especially important to identify potential sources of error in TIR measurements. Additionally, each exceeded limit in TIR measurements means prolonged production times and additional costs.

For this reason, the research question of this bachelor's thesis is: “What sources of measurement error can be found in TIR measurements conducted with ABB’s balancing machines?” The research has been conducted as a partial literature review, supplemented by production observation and worker interviews. The work first examines the operation of the eddy current sensor, as TIR measurement is conducted using an eddy current sensor. The study also explores TIR and its components, such as mechanical and electrical runout. By understanding these functions, the study delves into ABB’s TIR measurement process and methods, followed by an investigation into potential common sources of TIR measurement errors. These sources of error are solidified into concrete error sources observed at the factory, based on interviews and observations.

These error sources include, among others, poor placement of the eddy current sensor cable, incorrect installation of the eddy current sensor, overdue calibration of measurement equipment, and the condition of the balancing machine roller bearings. Additionally, the study presents corrective suggestions that could potentially improve the accuracy of TIR measurements. This bachelor's thesis is essential for quality management and production efficiency, as well as a supplement to scientific literature due to the limited existing research on the subject.

Tulevaisuuden sähköistyessä sähkömoottorit ovat keskipisteessä. Niiden täytyy olla luotettavia ja kestäviä, ja moottoritärinöiden minimointi on tärkeä osa tätä kestävyysvaatimusta. Sähkömoottorin roottorin akselin kokonaisheitto vaikuttaa tärinäarvojen tulkintaan, minkä takia teollisuudessa on laadittu standardit, jotka vaativat kokonaisheiton olevan tarpeeksi matala. Tästä syystä on erityisen tärkeää löytää mahdolliset virhelähteet kokonaisheiton mittauksessa. Lisäksi, jokainen kokonaisheiton mittauksen rajojen ylitys tarkoittaa tuotannon pitkittymistä ja lisäkustannuksia.

Edellä mainitusta syystä tämän kandidaatintyön tutkimuskysymyksenä on: ”Mitä virhelähteitä voi löytyä ABB:n tasapainokoneilla tehdyistä kokonaisheiton mittauksissa?”. Tutkimus on suoritettu osittaisena kirjallisuudenkatsauksena, johon kuuluu lisäksi tuotannon tarkastelu ja työntekijän haastattelu. Työssä tutustutaan ensin pyörrevirta-anturin toimintaan, sillä kokonaisheiton mittaus tehdään pyörrevirta-anturilla. Työssä tarkastellaan myös kokonaisheittoa ja sen komponentteja, kuten mekaanista ja sähköistä heittoa. Näiden toimintojen ymmärtämisen avulla perehdytään ABB:n kokonaisheiton mittausprosessiin ja -menetelmiin, minkä jälkeen tutkitaan mahdollisia yleisiä kokonaisheiton mittauksen virhelähteitä. Näitä virhelähteitä kiteytetään haastattelun ja havaintojen perusteella konkreettisiksi virhelähteiksi, joita havaitaan tehtaalla.

Näitä virhelähteitä ovat muun muassa pyörrevirta-anturin kaapelin huono asettaminen, py rrevirta-anturin väärä asentaminen, mittauslaitteiston kalibroinnin vanheneminen ja tasapainokoneen tukirullaston laakerien välyksien kunto. Lisäksi työssä esitetään korjausehdotuksia, joilla voidaan mahdollisesti parantaa kokonaisheiton mittauksen tarkkuutta. Tämä kandidaatintyö on olennainen laadunhallinnan ja tuotannon sujuvuuden kannalta, sekä tieteellisen kirjallisuuden täydennyksenä aiheen vähäisen kirjallisuuden vuoksi.