Mieux que l oreille humaine ou qu un analyseur de spectres, le Delta ANALYSER

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1 Mieux que l oreille humaine ou qu un analyseur de spectres, le Delta ANALYSER est un système capable de détecter le début d une fissure, d une cassure, un écaillage de pignon d engrenage. De ce fait il peut contrôler une endurance de transmission, détecter des boîtes de vitesses bruyantes, en fin de ligne de chaîne de montage

2 Détection de l initialisation d une fissure Au cours d essais de boîtes de vitesses prototypes ou d endurances, il est fondamental de détecter le début d une fêlure ou d un écaillage le plus tôt possible. En effet, une très petite fêlure sur une roue dentée doit être identifiée dès le début sinon elle peut engendrer la rupture du pignon et la destruction du système testé. L analyse spectrale des vibrations basses fréquences est la méthode la plus simple, malheureusement ces vibrations varient en fonction d influences opérationnelles. Pour faire un diagnostique précis, l idéal serait un point de charge stable, mais cette stabilité ne peut être atteinte qu en arrêtant le processus de test. LA PROCEDURE IDEALE DOIT ETRE INDEPENDANTE DES INFLUENCES OPERATIONNELLES, CAR IL N Y A PAS DE CONDITION DE NON PERTURBATION SUR DES MACHINES INDUSTRIELLES.. La solution théorique La distribution spectrale apparaît, d abord chaotique, à cause des influences opérationnelles, après un certain nombres de réitérations, des raies, peuvent être identifiées et former la loi de distribution fonctionnelle. Lorsque le comportement est identifié, compensé et stabilisé, on pourra alors identifier les émissions spectrales du dommage, différentes des émissions opérationnelles. La solution pratique Des amplificateurs à faible niveau de bruit, des filtres analogiques et numériques, un DSP rapide et un logiciel sophistiqué apportent la solution. Dans un mode d apprentissage, le Delta Analyser définit la loi de formation de chaque ligne spectrale. C est la base du comportement normal (ou permissif) d une unité spécifique. La loi de distribution d amplitude est définie, il est ainsi possible de l utiliser comme une sorte de référence ou pour l extraction de raies. Comme mentionné au-dessus, les lignes spectrales générées par la formation de fissures diffèrent significativement des lignes spectrales émises par un bruit «normal». Les émissions générées par un dommage ne sont pas des effets stochastiques des émissions normalement générées. Ces lignes d émissions qui naissent, sont initialement très petites, elles deviennent plus importantes et dérivent dans une certaine direction. L amplitude de ces lignes de dommage est très faible. Très souvent elles apparaissent imbriqué est avec les autres lignes. En dépit de cela, la loi de formation des lignes de référence est assez perturbée. Au début du dommage, il y a un changement systématique de la distribution d amplitude qui croît. Ce changement est significatif, il peut être localisé et archivé. Cette procédure provoque une sélectivité des lignes de dommage. Seules ces lignes seront utilisées dans l algorithme de calcul «Delta». De cet algorithme complexe naît «l indicateur de tendance» qui permet de suivre l évolution du dommage.

3 Les applications du Delta ANALYSER Détection automatique des fissures Chaque perturbation est reconnue par le Delta ANALYSER. L utilisateur n a plus besoin de savoir à l avance quels problèmes va arriver. Le système détecte automatiquement quand, où et comment surviennent les changements d états. Essais d organes de transmission non destructifs sur banc d essais Le banc d essai est arrêté automatiquement après détection d une fêlure, d un écaillage Il est possible de remplacer l élément défectueux et de continuer l essai. Essais dynamiques sur banc Des courses automobiles telles que Indianapolis, Monte Carlo, des essais sur circuits peuvent être programmés sur banc d essais dynamiques. Pas de problèmes pour le Delta ANALYSER, il fait l apprentissage de la course ou du circuit avec tous les changements de régime et il travaille.. Contrôle à distance Le Delta ANALYSER peut être contrôlé à distance via un modem, c est à dire qu un support extensif peut être apporté aussi bien pendant la phase d installation qu en opérationnel. Application dérivée Contrôle de la qualité acoustique de boîtes de vitesse sur des chaînes de montage. L élément principal pour la mesure, l accéléromètre, est directement fixé sur le bâti du banc recevant la boîte de vitesse ; il n est pas nécessaire d installer ce capteur sur le carter de boîte.

4 PROCEDE DE MESURE Cette procédure est utilisée sur toutes les machines émettant un son tels que les moteurs, les engrenages, les turbines etc Ce bruit peut être mesuré sur pratiquement tous les points d un carter. Le schéma ci-dessous explique le principe de la mesure. Le signal issu de l accéléromètre est acquis et converti en spectre. Soit la fréquence ou l analyse d ordre peuvent être utilisées. L analyse d ordre est utilisée dans la plupart des cas afin d obtenir des lignes stables. Le spectre est moyenné et le résultat est comparé à une référence préenregistrée. Les écarts sont indiqués et valorisés par leurs lignes spectrales puis utilisés pour calculer un écart spectral; ils sont ensuite sommés pour déduire un index intégral appelé indicateur de tendance. Seules les lignes sélectionnées par un masque de contrôle et ayant une amplitude prédéfinie seront considérées. L indicateur de tendance est comparé à un niveau d alarme défini. Lorsque la limite du seuil est atteinte, l alarme est activée. Ce diagramme montre la forme type d un indicateur de tendance (TI). Après le démarrage, la ligne se déplace, presque horizontale, avec une petite tendance croissante causée par une usure normale. Une parfaite compensation serait représentée par une ligne très droite. La dernière phase est la plus intéressante. Elle montre l approche de la cassure. La courbe spécifique de notre exemple (une lente amplitude croissante) montre le début d un écaillage sur le flanc d une dent. La ligne horizontale pointillée est le niveau d alarme. Un contact relais s active lorsque l indicateur de tendance atteint ce niveau et peut déclencher l arrêt d un banc ou tout autre commande.

5 EXEMPLES D INDICATEURS DE TENDANCE Les lignes en zigzag sont le reflet d amorce de cassure embrayage ATM. Le glissement est discontinu au début. Les changements saccadés de la vitesse de rotation pendant la phase de couple haut sont visibles. Il apparaît plus de glissement avec une progression de l amorce de cassure, même dans les phases de faible couple. Cet indicateur de tendance montre un grippage de piston hydraulique dans un embrayage ATM. Si une valve grippe, le flot d huile est perturbé et les embrayages ne travaillent plus correctement. De nombreuses lignes d ordre sont très rapidement modifiées et causent un saut abrupte de l indicateur de tendance. Ce graphique montre la fissure d une dent d arbre primaire de boîte de vitesse. Le début de fissure produit un accroissement en escalier de l indicateur de tendance. Une fissure ne progresse en continu que très rarement. Sa progression s arrête pendant une courte durée puis continue et s arrête de nouveau. L écaillage d un roulement à rouleaux affiche cette forme. Il semble se corriger car la ligne revient à son niveau normal ; mais la partie défectueuse du rouleau n est pas toujours positionnée au point de power transmission. Comme l écaillage croît, l indicateur de tendance croît aussi. La forme de la courbe dépend du type de roulements utilisé.

6 Exemples de mesures réelles effectuées avec le delta ANALYSER Essai d un pignon hélicoïdal Dans cet essai, le delta ANALYSER était réglé pour arrêter le banc dynamométrique dès l apparition d un écaillage d environ 20% du profil actif. Le delta ANALYSER a provoqué l arrêt à 9h28 le 23 Décembre Non seulement le système a reconnu l ampleur du défaut, basé sur le nombre d ordres et de bandes latérales, générés par les engrenages, mais il a aussi identifié et localisé la partie défectueuse. Suite à cet arrêt, la transmission a été démontée et inspectée. Le rapport a mentionné différents écaillages dont un plus important. Les différents écaillages apparaissent clairement sur l indicateur de tendance.

7 Ordre chronologique des défauts Un essai destructif n a pas d ordre chronologique de défauts. Quelques fois, le défaut initial est très petit et ne sera pas considéré comme la cause de la cassure d autre parties de la machine testée. Défaut sur un pignon de boîte de vitesse L indicateur de tendance montre réellement ce qui s est passé : Dans la phase 1, pas de défaut. La légère croissance de l indicateur est causée par le rodage des pignons. dicateur croît de nouveau. La ligne d ordre du roulement et les bandes latérales définissent la localisation du écaillage. C est la ligne de roulement interne qui se dégrade. L indicateur de tendance reste stable pendant un certain temps puis continuera sa progression. Dans la phase 3, une élévation rapide de l index se produit. Le delta ANALYSER arrête le banc d essai. Plusieurs dents se sont cassées spontanément sans début caractéristique de la fissure. La récapitulatif du timing a donné une précieuse indication aux ingénieurs. Dans la phase 2, le premier défaut apparaît, l in Ce problème sur la portée du roulement à provoqué la cassure du pignon le Exemple d analyse de données La marque dominante du Delta ANALYSER est un logiciel compréhensif, capable d identifier le point de cassure. Les informations suivantes proviennent d un essai d engrenage de 30 dents avec un pignon de 10 dents.

8 Image 1 Sur l image 1, le signal original (waterfall) ne donne aucune information. Il montre juste l enchevêtrement des lignes de spectre. Sur toutes les images, les valeurs en rouge (0 à 141) sont les nombres de blocs mesurés et en marron les numéros d ordre (28 à 32). Le curseur vert peut se déplacer et afficher un ordre précis. Le Delta ANALYSER donne des informations utiles telles que le spectre de référence (image 2). Image 2 Depuis le début, des harmoniques entières, produites par un creux ou une déformation d un cercle primitif, apparaissent. Les lignes étant très stables, nous pouvons exclure un écaillage et déterminer que le pignon (ses 10 dents produisent un ligne d ordre entière) a un faux rond, causé par la déformation d une trempe. Image 3 D autres informations proviennent du diagramme des écarts spectraux (voir image 3). Logiquement le pignon devrait être plus susceptible à se détériorer, mais les lignes qui progressent, d ordre (=10/39), sont le fait d une fêlure de l engrenage! Avec la numérotation en rouge des blocs mesurés, nous pouvons voir apparaître la fêlure sur le bloc n 55. Des informations détaillées sont disponibles en utilisant une fonction «loupe». Cette fêlure est visible sur l indicateur de tendance. Il y a une pointe au bloc 55. En déplaçant le curseur rouge, le tableau indique le N du bloc, l écart, l amplitude, ordre, la date et l heure de cet événement. Image 4 L alarme aurait pu être positionnée à ce point et arrêter le dynamomètre. Dans ce cas spécial les ingénieurs n ont pas arrêté le banc dynamomètrique. A 11:51:40 une autre pointe de l indicateur de tendance montre la fin de l expérience.

9 CARACTERISTIQUES DU SYSTEME LE MATERIEL Entrée capteurs : Entrées différentielles avec amplificateur, compensation de zéro et filtres passe-bas Signal d entrée : 100mV 10V Numérisation : 16 Bits Cadence échantillonnage : jusqu à 45 KHz Analyse : FFT, 2048 lignes Interface : parallèle SSP/EPP Capteur d accélération : Etendue de mesure : 0,01g à 70g max. Bande passante : 1Hz à 20KHz Avec amplificateur de charge intégré et 25 mètres de câble. Capteur photo : Pour capter des impulsions sur une pièce tournante (faisceau sur un axe ) pour synchroniser le Delta Analyseur ; incluant 25 mètres de câble. Capteur inductif : Pour capter des impulsions sur une partie métallique tournante (Vis d accouplement ) pour synchroniser le Delta Analyseur. Super FFT (S-FFT) : La S-FFT a besoin de moins de10ms pour transformer 4096 échantillons d un signal temporel en 2048 lignes réelles et imaginaires. Entrée SYNC : Pour synchroniser l échantillonnage avec la rotation de l arbre directeur. Entrée DEPART : Pour démarrer un échantillonnage très précisément avec une impulsion externe de déclenchement. Sortie Indicateur de tendance : Une tension de 0 à 10V est disponible. Sorties contacts alarmes : Contact relais flottant, mode NC ou NO sélectionnable. Remise à zéro par logiciel. Sorties tension : 4.13 VDC pour jauges de déformation 5 VDC pour utilisation libre 15 VDC pour utilisation libre

10 Connexions PLC avec : Entrées (16 bits)du PLC, 0-25V Sorties (7 bits) vers PLC, 5V NANO C SPS : Contrôleur logique. Utilisé pour interfacer la plupart des type de banc de test ou contrôle électronique au Delta ANALYSEUR. Travaille avec des signaux analogiques et numériques. Peut additionnellement utiliser une vitesse moteur et le couple pour sélectionner des parties spéciales d un cycle dynamique. Calculateur : PC industriel monté en rack avec clavier et souris Ecran 17 Imprimante : En option LOGICIEL MS WINDOWS Version spéciale S-FFT temps réel pour Delta ANALYSEUR Calcul de l indicateur d index, Loi de définition de formation pour chaque ligne, Distribution amplitude, Sortie alarme ajustable. Générateur de synchronisation Synchronise la cadence d échantillonnage à la rotation d un axe. Le nombre d impulsions par rotation est sélectionnable, tension d entrée de 100mV à 24V, max. 100 KHz. Logiciel d évaluation ; Spectre, stabilité du spectre en cours, différence entre caractéristiques de l apprentissage et du calcul en cours. Calcul de l indicateur d index. Graphique Waterfall. Liste de tous les réglages et ajustages. Sortie imprimante Toutes les valeurs affichées, les graphiques et textes peuvent être imprimés. ARMOIRE Le système complet est intégré dans un meuble sur roulettes de 19 (H = 62, L=22, P=30 ) Tous les appareils sont câblés Alimentation de la baie : V AC Baies spéciales sur demande. SUPPORT TECHNIQUE Installation du Delta Analyser et formation sur site. Deux années de mise à jour logiciel Support par contrôle à distance via modem en option.