Magneettivoiman mittausjärjestelmän kehittäminen

Abstract

Työssä jatkokehitettiin staattista magneettivoimaa mittaavan järjestelmän prototyyppiä. Toimeksiantaja toimi PS Audio Design Oy, jonka kehittämä audiomoottori toimii mitattavan magneettivoiman lähteenä. Tavoitteena oli korjata voimamittausjärjestelmän mekaaniset ongelmat, täydentää rakenteelliset puutteet ja määrittää järjestelmän mittausepävarmuus.

Voimamittausjärjestelmän epäkohdat liittyivät kahden osakokoonpanon väliseen lineaariliikkeeseen ja kokoonpanojen komponenttien kohdistukseen. Työn teoriaosuudessa mekaniikan epäkohtia käsiteltiin toleranssiketjun määrittämisen sekä mittausvirheen arvioinnin kautta. Näitä tietoja ja menetelmiä hyödynnettiin epäkohtien arvioinnissa sekä kerätyn mittausdatan käsittelyssä.

Tutkimuksessa käytettiin kvantitatiivista menetelmää, jossa alkuperäisen rakenteen mitattuja arvoja verrattiin modifioidun rakenteen tuloksiin. Mekaniikan mittausmenetelmänä käytettiin nollavoimamittausta, jossa magneettisen voiman komponentit eivät olleet läsnä. Toleranssiketjun arvioinnissa hyödynnettiin olemassa olevien kiinnityselementtien välyksien arvoja verraten niitä standardin mukaisiin toleranssisuosituksiin. Toleranssiketjujen laskennassa käytettiin Autodesk Inventor -ohjelmistoa.

Kerättyjen tulosten perusteella modifioidulla järjestelmällä mekaniikan mittaustarkkuudeksi saavutettiin 0,034 N. 25 N:n asteikolla suhteellisen virheen keskiarvoksi muodostuu näin ollen 0,136 %. Mittaustarkkuus todettiin hyväksyttäväksi. Lähtötilanteeseen nähden mittaustarkkuus parani 96,6 %. Toleranssiketjun tuloksista voitaneen todeta alkuperäisten kiinnityselementtien välyksien olevan liian suuret etenkin huomioitaessa välyksien kerrannaisvaikutuksen toleranssiketjun muodostumisessa. Laitetta uudelleen koottaessa asemoinnissa vaaditaan erityistä tarkkuutta välyksien takia. Tarvittava kalibrointi tulee suorittaa vaadittavan mittaustarkkuuden ylläpitämiseksi.

Työn tuloksena staattisen magneettivoiman mittausjärjestelmä voidaan ottaa käyttöön. Käyttöönoton seurauksena järjestelmä voidaan asettaa iteraatiokierrokselle, jonka tuloksena järjestelmä ja mittaustulokset pystytään verifioimaan.

The topic of the thesis was the further development of a prototype of a static magnetic force measurement system. The work was commissioned by PS Audio Design Oy, whose audio motor works as a source of measurable magnetic force. The aim of the thesis is to solve the mechanical problems of the force measurement system, to correct the structural defects and to determine the measurement uncertainty of the system.

The disadvantages of the force measurement system were related to the linear motion between the two subassemblies and the alignment of the components of the assemblies. In the theoretical part of the thesis, the disadvantages of mechanics were addressed through the determination of the tolerance chain and the theory of measuring. These data and methods were utilized in the assessment of insufficiencies and in the processing of the collected measurement data.

The study used a quantitative method in which the measured values of the original structure were compared with the results of the modified structure. The measurement method of mechanics was zero force measurement, in which the components of the magnetic force were not present. The evaluation of the tolerance chain utilized the values of the clearances of the existing fastening elements by comparing them with the values according to the standard. The Autodesk Inventor Professional software was used to calculate the tolerance chains.

Based on the collected results, it can be stated that the measurement accuracy achieved with the modified system is acceptable (average error 0,034 N on a scale of 25 N = 0,136 %). Compared to the initial situation, the measurement accuracy improved by 96,6 %. On the basis of the results of the tolerance chain, it could be stated that the clearances of the fastening elements of the original structure were unreasonably large (0,2 mm per fastener) considering the multiplier effect of the clearances (in comparison to tolerance chain formation). Fastening element clearances should be considered especially when reassembling the device and the necessary calibration should be performed to maintain the required measurement accuracy.

In the light of these results, a static magnetic force measurement system can be introduced and set to an iteration cycle of which conclusion the system can be verified.