Balansinstrument voor de prijs van een vibrometer

Is het mogelijk? Met vastberadenheid - JA!

Balanceerinstrumenten nemen terecht een speciale plaats in binnen het brede scala aan apparatuur dat wordt gebruikt voor trillingsakoestische metingen. Dit is grotendeels te danken aan het feit dat deze klasse instrumenten naast het uitvoeren van metrologische functies ook een technologische rol vervult. In wezen gaat het om technologische apparatuur die wordt gebruikt om de onbalans van roterende mechanismen te verminderen.

Als gevolg hiervan biedt het een hoge economische efficiëntie, waardoor een aanzienlijke kwaliteitsverbetering van producten mogelijk is met relatief kleine kapitaalinvesteringen bij het implementeren van balanceerapparatuur. Dit geldt vooral voor industrieën waar een aanzienlijke hoeveelheid roterende apparatuur wordt gebruikt of geproduceerd (bijv. freesbedrijven, fabrieken die ventilatoren produceren, etc.).

Bij dergelijke bedrijven is de terugverdientijd voor betaalbare balanceerapparatuur, die varieert van 2500 tot 10000 euro, meestal niet meer dan 6-7 maanden.

Er zijn echter veel kleine en middelgrote ondernemingen die geïnteresseerd zijn in het balanceren van hun eigen producten, waarvoor zelfs deze relatief kleine uitgaven een last zijn. Deze ondernemingen zijn bijvoorbeeld autoreparatiebedrijven, bedrijven die elektromotoren repareren en onderhouden, reparatiebedrijven voor pompen en ventilatoren, enz. Voor hen is het vaak moeilijk, zo niet onmogelijk, om balanceerapparatuur tegen de huidige marktprijzen aan te schaffen.

Ter referentie geeft tabel 1 informatie over enkele van de bekendste balanceerinstrumenten voor roterende apparatuur die momenteel op de markt zijn. Zoals de tabel laat zien, kunnen de prijzen voor deze instrumenten variëren van 2500 tot 25000 euro, afhankelijk van de fabrikant en hun functionaliteit.

tabel 1. De prijzen zijn afkomstig van openbare bronnen: websites van fabrikanten, ebay, alibaba.com, enz.

Apparaten

Draagbare balancer & Trillingsanalyzer Balanset-1A

€1,751.00

Onderdelen

Trillingssensor

€90.00

Onderdelen

Optische sensor (Lasertachometer)

€124.00

Apparaten

Balanset-4

€6,803.00

Onderdelen

Magnetische standaard afmeting-60-kgf

€46.00

Onderdelen

Reflecterende tape

€10.00

Apparaten

Dynamische balancer "Balanset-1A" OEM

€1,561.00

In het tijdperk van snelle ontwikkeling van moderne elektronica kunnen deze prijzen op het eerste gezicht buitensporig hoog lijken. Verschillende objectieve factoren beperken echter de mogelijkheid om de kosten van balanceerinstrumenten en vibrometers te minimaliseren.

Ten eerste is er geen vraag naar balanceerapparatuur in volumes die vergelijkbaar zijn met de productie van computers, mobiele telefoons of televisies. Ze worden meestal in kleine en middelgrote batches geproduceerd, wat natuurlijk van invloed is op de kosten.

Ten tweede wordt de prijs van deze apparatuur aanzienlijk beïnvloed door de kosten van ten minste twee trillingssensoren in de samenstelling, die vrij duur zijn. Bekende sensoren kosten bijvoorbeeld gemiddeld tussen de 300 en 900 euro per stuk.

Ten derde gaan er aanzienlijke uitgaven naar de ontwikkeling van gespecialiseerde software voor balanceerinstrumenten, wat gezien de relatief kleine productievolumes ook bijdraagt aan de stijging van de kosten.

Er zijn echter reserves om de kosten van balanceerapparatuur te verlagen en we hebben geprobeerd deze te gebruiken bij de ontwikkeling van ons nieuwe instrument, genaamd "Balanset-1A".

We volgden deze richtlijnen:

• Probeer een structureel schema van het instrument te implementeren dat maximaal gebruik maakt van in massa geproduceerde onderdelen van andere fabrikanten.
• De mogelijkheid onderzoeken om goedkopere trillingssensoren te gebruiken om de kosten van onze apparatuur te verlagen.
• Optimaal gebruik maken van algoritmes voor het beheer van balanceerinstrumenten, die de afgelopen 20 jaar door onze specialisten zijn ontwikkeld en met succes zijn geïmplementeerd in eerdere ontwerpen.

Als resultaat van de implementatie van de hierboven beschreven principes werd de Balanset-1A ontwikkeld, bestaande uit de volgende hoofdeenheden:

• Een microprocessor-meeteenheid met een USB-uitgang voor aansluiting op een computer.
• Een draagbare computer uitgerust met gespecialiseerde software voor het oplossen van balanceringstaken.
• Twee relatief goedkope trillingssensoren.
• Een laserfasehoeksensor.

De meetunit van het instrument is ontwikkeld op basis van de serieel geproduceerde Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU. De meeteenheid is via een USB-kanaal verbonden met een computer (meestal een netbook of laptop), waarmee het balanceerproces wordt beheerd en de meet- en rekenresultaten worden weergegeven.

Door deze structuur van het balanceerinstrument te implementeren, gebaseerd op het gebruik van in serie geproduceerde componenten, konden we de ontwikkelings- en productiekosten van het hardwaredeel aanzienlijk verlagen.

Een even belangrijk element in het verlagen van de kosten van ons product was het gebruik van capacitieve versnellingsmeters als trillingssensoren, die momenteel door verschillende fabrikanten in massaproductie worden genomen en een lage kostprijs hebben.

Bovendien werd, zoals eerder vermeld, bij de ontwikkeling van de software voor het nieuwe balanceerinstrument uitgebreid gebruik gemaakt van algoritmen die de afgelopen 20 jaar door onze specialisten zijn ontwikkeld. Dit verminderde de arbeidsintensiteit van softwareontwikkeling en debugging aanzienlijk, wat een positief effect had op de kosten van de apparatuur.

Het allesomvattende resultaat van ons werk is dat de kosten van onze voorgestelde balanceerset (zonder computer) met alle benodigde accessoires (inclusief magneten voor het monteren van trillingssensoren, een magnetische standaard voor de fasehoeksensor, een flashdrive met software en een transportkoffer) momenteel niet hoger zijn dan 2000 euro (1500 voor de Balanset-oemset).

Concluderend kunnen we stellen dat onze voorgestelde "Balanset" balanceerset vaak aanzienlijk goedkoper is dan de beschikbare apparatuur met een vergelijkbaar doel (zie Tabel 1). In de praktijk is de prijs vaak vergelijkbaar met die van gewone vibrometers die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn.