Analyse vibratoire ou ultrasons : Laquelle des deux doit être utilisée pour vos machines en rotation ?

L’analyse des vibrations comme moyen de contrôler l’état des équipements rotatifs est largement utilisée dans l’industrie depuis de nombreuses années. L’apparition d’analyseurs numériques portables à la fin des années 1980 et l’augmentation rapide des performances et de la vitesse au début des années 1990 ont changé à jamais la façon dont le monde effectuait la maintenance. À la fin du XXe siècle, la maintenance prédictive basée sur des mesures de vibrations était une pratique bien établie et une approche courante dans la plupart des grandes installations de production. L’analyse des vibrations constituait en effet un moyen fiable de détecter un large éventail de défauts mécaniques et, dans une moindre mesure, électriques, et avait suffisamment prouvé sa valeur ajoutée. Mais un certain scepticisme subsistait et, dans certains cas, à juste titre. Une mauvaise lubrification des roulements à rouleaux restait souvent indétectée jusqu’à ce que la pompe à graisse n’apporte plus grand-chose, et la surveillance de l’état des roulements dans les applications à faible vitesse s’avérait également être un défi particulier. Les ultrasons sont apparus comme une bonne alternative aux mesures de vibrations dans ces cas. En suivant la tendance des valeurs mesurées en décibels (dB) et en « écoutant » les signaux après leur transformation en un signal sonore, les ultrasons à haute fréquence constituent un moyen fiable et efficace de surveiller la lubrification et peuvent également fournir des informations inestimables sur l’état d’un roulement à faible vitesse. Pourquoi les ultrasons ont-ils souvent donné de meilleurs résultats dans ces deux cas que ceux obtenus par l’analyse des vibrations ? L’explication n’est pas si difficile à trouver. Les capteurs à ultrasons mesurent des signaux dans une gamme de fréquences comprise entre 20 et 40 kHz. Les problèmes de lubrification d’un roulement à rouleaux entraînent une augmentation du frottement et génèrent en effet beaucoup d’énergie dans cette bande de hautes fréquences. Dans les applications à faible vitesse, la surveillance des défauts des roulements repose principalement sur la détection des « ondes de stress« , qui génèrent elles aussi des signaux à très haute fréquence.

L’analyse des vibrations, quant à elle, repose principalement sur l’analyse des formes d’onde et des spectres. Le spectre FFT permet à l’analyste de relier des fréquences spécifiques de défauts de roulements à la signature vibratoire, mais la gamme de fréquences utilisée pour ces spectres FFT standard dépasse rarement 5 kHz, une gamme dans laquelle les roulements à rouleaux à faible vitesse endommagés ne génèrent qu’une énergie très limitée, et où les problèmes de lubrification ne révèlent pas beaucoup d’informations avant qu’il ne soit bien trop tard. Il est vrai que les spectres FFT utilisant des techniques d’enveloppe offraient un meilleur moyen d’analyser les signaux à haute fréquence, mais la numérisation du signal d’enveloppe analogique (comme illustré à la figure 1) empêchait toujours la détection correcte des signaux à très haute fréquence. La figure 1 montre l’incapacité du processus d’échantillonnage à détecter les enveloppes courtes résultant d’éléments roulants créant des ondes de contrainte au passage d’un défaut dans un roulement à faible vitesse.

Figure 1. Numérisation « classique » d’un signal d’enveloppe analogique.

Les techniques d’échantillonnage à grande vitesse, disponibles à l’origine dans la technique PeakVue d’Emerson et plus récemment dans les systèmes de surveillance de plusieurs fabricants comme I-DNA d’I-care, SPM HD ou SKF, ont considérablement amélioré les outils accessibles à l’analyste. Les fréquences d’échantillonnage jusqu’à 100 kHz et au-delà élargissent la gamme de fréquences surveillées jusqu’à 40 kHz, ce qui permet de détecter les hautes fréquences générées par le frottement résultant d’une mauvaise lubrification ou associées aux ondes de stress générées par les défauts des roulements à faible vitesse. Cette technique est illustrée à la figure 2, qui montre la détection d’impacts très courts à l’aide d’un échantillonnage à haute fréquence, tout en conservant la même quantité d’échantillons dans la forme d’onde numérisée qu’avec les techniques conventionnelles (enveloppe).

Figure 2. Numérisation d’un signal analogique à l’aide d’un échantillonnage à haute fréquence

Ainsi, à la question de savoir si l’analyse des vibrations est aussi puissante que les ultrasons pour la détection des problèmes de lubrification et la surveillance des défauts des roulements à basse vitesse, la réponse est clairement oui, si l’analyse des vibrations inclut l’une des techniques d’échantillonnage à haute fréquence. Pour répondre à la deuxième question, à savoir si les ultrasons et l’analyse des vibrations peuvent encore être des techniques complémentaires, la réponse est également positive. Sur les équipements rotatifs, les techniques d’analyse des vibrations en haute fréquence détecteront les mêmes modes de défaillances que les ultrasons détecteront. D’un point de vue technologique, ceux-ci ne fourniront donc pas à l’analyste des équipements rotatifs des informations qu’il ne pourrait pas obtenir avec les vibrations. Les ultrasons peuvent toutefois constituer un moyen rapide et efficace de dépistage des conditions de roulement et de lubrification et, de ce fait, un complément précieux à un programme de maintenance conditionnelle. Si vous avez encore des questions ou si vous souhaitez en savoir plus sur l’analyse des vibrations et les techniques à ultrasons, contactez-nous dès aujourd’hui et/ou adressez-vous à Kris Deckers ou à l’un de nos nombreux experts en maintenance prédictive. I-care, changing the way the world performs.