Värähtelymittauksia laservibrometrillä

Translated title of the contribution: Vibration measurements with a laser vibrometer

Seppo Aatola, Hannu Heikkinen, Björn Hemming, Erkki Jantunen, Harri Jokinen, Antti Poikonen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Mekaanista värähtelyä eli tärinää mitataan yleisesti tutkittavaan kohteeseen kiinnitettävällä pietsosähköisellä kiihtyvyysanturilla. Anturin kiinnittäminen kohteeseen ei ole aina mahdollista tai vaatii kalliita ja aikaa vieviä erikoisjärjestelyjä mm. pyörivissä kohteissa. Mekaanista värähtelyä kosketuksettomasti mittaava Laser Doppler Vibrometri (LDV) mahdollistaa värähtelyn mittaamisen mm. suoraan pyörivästä työkalusta tai työkalun pitimestä, jolloin erilaisten rajapintojen ja mittauspisteen etäisyyden vaimentava vaikutus vähenee merkittävästi. Samalla vaimenee muista herätteistä, kuten karamoottorista, tulevan värähtelyn merkitys. Julkaisussa kerrotaan lyhyesti LDV:n toimintaperiaate ja sillä kuvaillaan tehtyjä värähtelymittauksia. LDV:n käyttökelpoisuutta ja suorituskykyä selvitettiin laboratoriomittauksin. Lisäksi kahden työstökoneen terän värähtelyä mitattiin työstön aikana tarkoituksena selvittää terän kulumisen vaikutus terän värähtelyyn. Työstönvalvonnalla on merkittävä vaikutus konepajan tuotantokapasiteettiin ja edelleen tuotantokustannuksiin. Valvonnalla voidaan pienentää merkittävästi suunnittelemattomia seisokkeja, jotka aiheutuvat työkalun kulumisesta ja murtumisesta, ja lisätä näin työstökoneen käytettävyyttä. Värähtelyn mittaaminen LDV:llä vaatii, että mittauskohteeseen suunnatusta lasersäteestä heijastuu riittävä määrä valoa takaisin LDV:hen. Lasersäteen takaisinheijastamiseen on saatavilla erikoisvalmisteista heijastinteippiä. Laboratorio olosuhteissa mittaukset onnistuivat tätä teippiä käyttäen 60 m etäisyydeltä. LDV mittaus on suhteellinen mittaus eli LDV:n itsensä värähtely lasersäteen suunnassa on samanarvoista kohteen värähtelyn kanssa. Mikäli LDV:n alusta värähtelee, LDV:n rungon värähtely lasersäteen suunnassa on mitattava, jotta sen vaikutus mittaustulokseen voitaisiin eliminoida. Mikäli kiinnostuksen kohteena ovat noin 10 Hz:ä suuremmat taajuudet, useimmiten riittää, että LDV eristetään värähtelevästä alustasta sopivilla vaimentimilla. Polttimon hehkulangan ominaistaajuudet pystyttiin mittaamaan LDV:llä. Onnistumisen edellytys oli, että hehkulanka asetettiin värähtelemään LDV:n mittaussuunnassa, jolloin hehkulanka pysyi LDV:n lasersäteen kohdalla. Lisäksi lasersäteen oikea tarkennus edellytti mittaussignaalin kuuntelua. Työstön värähtelymittauksissa lastuamisnesteen käyttö konventionaalisessa koneistuskeskuksessa aiheutti häiriöitä LDV:n toimintaan. Lastuamisneste roiskui lasersäteen kulkureitille aiheuttaen katkoksia mittaussignaaliin. Mittaussignaalin epäjatkuvuudesta ja heikosta laadusta johtuen LDV:llä ei kyetty tarkastelemaan työkalun kulumiseen liittyviä ilmiöitä sen yksityiskohtaisemmin kuin tavanomaisilla kiihtyvyysantureilla, jotka oli sijoitettu karan laakerin läheisyyteen. Suurnopeuskoneistuskeskuksella kuivasta jyrsinnästä tehdyistä mittauksista todettiin, että LDV pystyy mittaamaan työkalun värähtelyä paremmin kuin runkoon kiinnitetty kiihtyvyysanturi.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages65
ISBN (Print)951-38-4728-4
Publication statusPublished - 1994
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number1613
ISSN1235-0605

Fingerprint

Vibration
Lasers
Charadriiformes

Keywords

  • vibrations
  • measurement
  • vibration meters
  • measuring
  • instruments
  • lasers
  • doppler effect
  • electric lamps
  • filaments
  • machining
  • tools
  • cutting tools

Cite this

Aatola, S., Heikkinen, H., Hemming, B., Jantunen, E., Jokinen, H., & Poikonen, A. (1994). Värähtelymittauksia laservibrometrillä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1613
Aatola, Seppo ; Heikkinen, Hannu ; Hemming, Björn ; Jantunen, Erkki ; Jokinen, Harri ; Poikonen, Antti. / Värähtelymittauksia laservibrometrillä. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1994. 65 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1613).
@book{5b54c5e52d58429d802d5f2957347a45,
title = "V{\"a}r{\"a}htelymittauksia laservibrometrill{\"a}",
abstract = "Mekaanista v{\"a}r{\"a}htely{\"a} eli t{\"a}rin{\"a}{\"a} mitataan yleisesti tutkittavaan kohteeseen kiinnitett{\"a}v{\"a}ll{\"a} pietsos{\"a}hk{\"o}isell{\"a} kiihtyvyysanturilla. Anturin kiinnitt{\"a}minen kohteeseen ei ole aina mahdollista tai vaatii kalliita ja aikaa vievi{\"a} erikoisj{\"a}rjestelyj{\"a} mm. py{\"o}riviss{\"a} kohteissa. Mekaanista v{\"a}r{\"a}htely{\"a} kosketuksettomasti mittaava Laser Doppler Vibrometri (LDV) mahdollistaa v{\"a}r{\"a}htelyn mittaamisen mm. suoraan py{\"o}riv{\"a}st{\"a} ty{\"o}kalusta tai ty{\"o}kalun pitimest{\"a}, jolloin erilaisten rajapintojen ja mittauspisteen et{\"a}isyyden vaimentava vaikutus v{\"a}henee merkitt{\"a}v{\"a}sti. Samalla vaimenee muista her{\"a}tteist{\"a}, kuten karamoottorista, tulevan v{\"a}r{\"a}htelyn merkitys. Julkaisussa kerrotaan lyhyesti LDV:n toimintaperiaate ja sill{\"a} kuvaillaan tehtyj{\"a} v{\"a}r{\"a}htelymittauksia. LDV:n k{\"a}ytt{\"o}kelpoisuutta ja suorituskyky{\"a} selvitettiin laboratoriomittauksin. Lis{\"a}ksi kahden ty{\"o}st{\"o}koneen ter{\"a}n v{\"a}r{\"a}htely{\"a} mitattiin ty{\"o}st{\"o}n aikana tarkoituksena selvitt{\"a}{\"a} ter{\"a}n kulumisen vaikutus ter{\"a}n v{\"a}r{\"a}htelyyn. Ty{\"o}st{\"o}nvalvonnalla on merkitt{\"a}v{\"a} vaikutus konepajan tuotantokapasiteettiin ja edelleen tuotantokustannuksiin. Valvonnalla voidaan pienent{\"a}{\"a} merkitt{\"a}v{\"a}sti suunnittelemattomia seisokkeja, jotka aiheutuvat ty{\"o}kalun kulumisesta ja murtumisesta, ja lis{\"a}t{\"a} n{\"a}in ty{\"o}st{\"o}koneen k{\"a}ytett{\"a}vyytt{\"a}. V{\"a}r{\"a}htelyn mittaaminen LDV:ll{\"a} vaatii, ett{\"a} mittauskohteeseen suunnatusta lasers{\"a}teest{\"a} heijastuu riitt{\"a}v{\"a} m{\"a}{\"a}r{\"a} valoa takaisin LDV:hen. Lasers{\"a}teen takaisinheijastamiseen on saatavilla erikoisvalmisteista heijastinteippi{\"a}. Laboratorio olosuhteissa mittaukset onnistuivat t{\"a}t{\"a} teippi{\"a} k{\"a}ytt{\"a}en 60 m et{\"a}isyydelt{\"a}. LDV mittaus on suhteellinen mittaus eli LDV:n itsens{\"a} v{\"a}r{\"a}htely lasers{\"a}teen suunnassa on samanarvoista kohteen v{\"a}r{\"a}htelyn kanssa. Mik{\"a}li LDV:n alusta v{\"a}r{\"a}htelee, LDV:n rungon v{\"a}r{\"a}htely lasers{\"a}teen suunnassa on mitattava, jotta sen vaikutus mittaustulokseen voitaisiin eliminoida. Mik{\"a}li kiinnostuksen kohteena ovat noin 10 Hz:{\"a} suuremmat taajuudet, useimmiten riitt{\"a}{\"a}, ett{\"a} LDV eristet{\"a}{\"a}n v{\"a}r{\"a}htelev{\"a}st{\"a} alustasta sopivilla vaimentimilla. Polttimon hehkulangan ominaistaajuudet pystyttiin mittaamaan LDV:ll{\"a}. Onnistumisen edellytys oli, ett{\"a} hehkulanka asetettiin v{\"a}r{\"a}htelem{\"a}{\"a}n LDV:n mittaussuunnassa, jolloin hehkulanka pysyi LDV:n lasers{\"a}teen kohdalla. Lis{\"a}ksi lasers{\"a}teen oikea tarkennus edellytti mittaussignaalin kuuntelua. Ty{\"o}st{\"o}n v{\"a}r{\"a}htelymittauksissa lastuamisnesteen k{\"a}ytt{\"o} konventionaalisessa koneistuskeskuksessa aiheutti h{\"a}iri{\"o}it{\"a} LDV:n toimintaan. Lastuamisneste roiskui lasers{\"a}teen kulkureitille aiheuttaen katkoksia mittaussignaaliin. Mittaussignaalin ep{\"a}jatkuvuudesta ja heikosta laadusta johtuen LDV:ll{\"a} ei kyetty tarkastelemaan ty{\"o}kalun kulumiseen liittyvi{\"a} ilmi{\"o}it{\"a} sen yksityiskohtaisemmin kuin tavanomaisilla kiihtyvyysantureilla, jotka oli sijoitettu karan laakerin l{\"a}heisyyteen. Suurnopeuskoneistuskeskuksella kuivasta jyrsinn{\"a}st{\"a} tehdyist{\"a} mittauksista todettiin, ett{\"a} LDV pystyy mittaamaan ty{\"o}kalun v{\"a}r{\"a}htely{\"a} paremmin kuin runkoon kiinnitetty kiihtyvyysanturi.",
keywords = "vibrations, measurement, vibration meters, measuring, instruments, lasers, doppler effect, electric lamps, filaments, machining, tools, cutting tools",
author = "Seppo Aatola and Hannu Heikkinen and Bj{\"o}rn Hemming and Erkki Jantunen and Harri Jokinen and Antti Poikonen",
year = "1994",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4728-4",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1613",
address = "Finland",

}

Aatola, S, Heikkinen, H, Hemming, B, Jantunen, E, Jokinen, H & Poikonen, A 1994, Värähtelymittauksia laservibrometrillä. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1613, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Värähtelymittauksia laservibrometrillä. / Aatola, Seppo; Heikkinen, Hannu; Hemming, Björn; Jantunen, Erkki; Jokinen, Harri; Poikonen, Antti.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1994. 65 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1613).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Värähtelymittauksia laservibrometrillä

AU - Aatola, Seppo

AU - Heikkinen, Hannu

AU - Hemming, Björn

AU - Jantunen, Erkki

AU - Jokinen, Harri

AU - Poikonen, Antti

PY - 1994

Y1 - 1994

N2 - Mekaanista värähtelyä eli tärinää mitataan yleisesti tutkittavaan kohteeseen kiinnitettävällä pietsosähköisellä kiihtyvyysanturilla. Anturin kiinnittäminen kohteeseen ei ole aina mahdollista tai vaatii kalliita ja aikaa vieviä erikoisjärjestelyjä mm. pyörivissä kohteissa. Mekaanista värähtelyä kosketuksettomasti mittaava Laser Doppler Vibrometri (LDV) mahdollistaa värähtelyn mittaamisen mm. suoraan pyörivästä työkalusta tai työkalun pitimestä, jolloin erilaisten rajapintojen ja mittauspisteen etäisyyden vaimentava vaikutus vähenee merkittävästi. Samalla vaimenee muista herätteistä, kuten karamoottorista, tulevan värähtelyn merkitys. Julkaisussa kerrotaan lyhyesti LDV:n toimintaperiaate ja sillä kuvaillaan tehtyjä värähtelymittauksia. LDV:n käyttökelpoisuutta ja suorituskykyä selvitettiin laboratoriomittauksin. Lisäksi kahden työstökoneen terän värähtelyä mitattiin työstön aikana tarkoituksena selvittää terän kulumisen vaikutus terän värähtelyyn. Työstönvalvonnalla on merkittävä vaikutus konepajan tuotantokapasiteettiin ja edelleen tuotantokustannuksiin. Valvonnalla voidaan pienentää merkittävästi suunnittelemattomia seisokkeja, jotka aiheutuvat työkalun kulumisesta ja murtumisesta, ja lisätä näin työstökoneen käytettävyyttä. Värähtelyn mittaaminen LDV:llä vaatii, että mittauskohteeseen suunnatusta lasersäteestä heijastuu riittävä määrä valoa takaisin LDV:hen. Lasersäteen takaisinheijastamiseen on saatavilla erikoisvalmisteista heijastinteippiä. Laboratorio olosuhteissa mittaukset onnistuivat tätä teippiä käyttäen 60 m etäisyydeltä. LDV mittaus on suhteellinen mittaus eli LDV:n itsensä värähtely lasersäteen suunnassa on samanarvoista kohteen värähtelyn kanssa. Mikäli LDV:n alusta värähtelee, LDV:n rungon värähtely lasersäteen suunnassa on mitattava, jotta sen vaikutus mittaustulokseen voitaisiin eliminoida. Mikäli kiinnostuksen kohteena ovat noin 10 Hz:ä suuremmat taajuudet, useimmiten riittää, että LDV eristetään värähtelevästä alustasta sopivilla vaimentimilla. Polttimon hehkulangan ominaistaajuudet pystyttiin mittaamaan LDV:llä. Onnistumisen edellytys oli, että hehkulanka asetettiin värähtelemään LDV:n mittaussuunnassa, jolloin hehkulanka pysyi LDV:n lasersäteen kohdalla. Lisäksi lasersäteen oikea tarkennus edellytti mittaussignaalin kuuntelua. Työstön värähtelymittauksissa lastuamisnesteen käyttö konventionaalisessa koneistuskeskuksessa aiheutti häiriöitä LDV:n toimintaan. Lastuamisneste roiskui lasersäteen kulkureitille aiheuttaen katkoksia mittaussignaaliin. Mittaussignaalin epäjatkuvuudesta ja heikosta laadusta johtuen LDV:llä ei kyetty tarkastelemaan työkalun kulumiseen liittyviä ilmiöitä sen yksityiskohtaisemmin kuin tavanomaisilla kiihtyvyysantureilla, jotka oli sijoitettu karan laakerin läheisyyteen. Suurnopeuskoneistuskeskuksella kuivasta jyrsinnästä tehdyistä mittauksista todettiin, että LDV pystyy mittaamaan työkalun värähtelyä paremmin kuin runkoon kiinnitetty kiihtyvyysanturi.

AB - Mekaanista värähtelyä eli tärinää mitataan yleisesti tutkittavaan kohteeseen kiinnitettävällä pietsosähköisellä kiihtyvyysanturilla. Anturin kiinnittäminen kohteeseen ei ole aina mahdollista tai vaatii kalliita ja aikaa vieviä erikoisjärjestelyjä mm. pyörivissä kohteissa. Mekaanista värähtelyä kosketuksettomasti mittaava Laser Doppler Vibrometri (LDV) mahdollistaa värähtelyn mittaamisen mm. suoraan pyörivästä työkalusta tai työkalun pitimestä, jolloin erilaisten rajapintojen ja mittauspisteen etäisyyden vaimentava vaikutus vähenee merkittävästi. Samalla vaimenee muista herätteistä, kuten karamoottorista, tulevan värähtelyn merkitys. Julkaisussa kerrotaan lyhyesti LDV:n toimintaperiaate ja sillä kuvaillaan tehtyjä värähtelymittauksia. LDV:n käyttökelpoisuutta ja suorituskykyä selvitettiin laboratoriomittauksin. Lisäksi kahden työstökoneen terän värähtelyä mitattiin työstön aikana tarkoituksena selvittää terän kulumisen vaikutus terän värähtelyyn. Työstönvalvonnalla on merkittävä vaikutus konepajan tuotantokapasiteettiin ja edelleen tuotantokustannuksiin. Valvonnalla voidaan pienentää merkittävästi suunnittelemattomia seisokkeja, jotka aiheutuvat työkalun kulumisesta ja murtumisesta, ja lisätä näin työstökoneen käytettävyyttä. Värähtelyn mittaaminen LDV:llä vaatii, että mittauskohteeseen suunnatusta lasersäteestä heijastuu riittävä määrä valoa takaisin LDV:hen. Lasersäteen takaisinheijastamiseen on saatavilla erikoisvalmisteista heijastinteippiä. Laboratorio olosuhteissa mittaukset onnistuivat tätä teippiä käyttäen 60 m etäisyydeltä. LDV mittaus on suhteellinen mittaus eli LDV:n itsensä värähtely lasersäteen suunnassa on samanarvoista kohteen värähtelyn kanssa. Mikäli LDV:n alusta värähtelee, LDV:n rungon värähtely lasersäteen suunnassa on mitattava, jotta sen vaikutus mittaustulokseen voitaisiin eliminoida. Mikäli kiinnostuksen kohteena ovat noin 10 Hz:ä suuremmat taajuudet, useimmiten riittää, että LDV eristetään värähtelevästä alustasta sopivilla vaimentimilla. Polttimon hehkulangan ominaistaajuudet pystyttiin mittaamaan LDV:llä. Onnistumisen edellytys oli, että hehkulanka asetettiin värähtelemään LDV:n mittaussuunnassa, jolloin hehkulanka pysyi LDV:n lasersäteen kohdalla. Lisäksi lasersäteen oikea tarkennus edellytti mittaussignaalin kuuntelua. Työstön värähtelymittauksissa lastuamisnesteen käyttö konventionaalisessa koneistuskeskuksessa aiheutti häiriöitä LDV:n toimintaan. Lastuamisneste roiskui lasersäteen kulkureitille aiheuttaen katkoksia mittaussignaaliin. Mittaussignaalin epäjatkuvuudesta ja heikosta laadusta johtuen LDV:llä ei kyetty tarkastelemaan työkalun kulumiseen liittyviä ilmiöitä sen yksityiskohtaisemmin kuin tavanomaisilla kiihtyvyysantureilla, jotka oli sijoitettu karan laakerin läheisyyteen. Suurnopeuskoneistuskeskuksella kuivasta jyrsinnästä tehdyistä mittauksista todettiin, että LDV pystyy mittaamaan työkalun värähtelyä paremmin kuin runkoon kiinnitetty kiihtyvyysanturi.

KW - vibrations

KW - measurement

KW - vibration meters

KW - measuring

KW - instruments

KW - lasers

KW - doppler effect

KW - electric lamps

KW - filaments

KW - machining

KW - tools

KW - cutting tools

M3 - Report

SN - 951-38-4728-4

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Värähtelymittauksia laservibrometrillä

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Aatola S, Heikkinen H, Hemming B, Jantunen E, Jokinen H, Poikonen A. Värähtelymittauksia laservibrometrillä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1994. 65 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1613).