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Mesure sans contact des vibrations pour la maintenance conditionnelle

mis à jour le 26/10/16

Vibrometre laserLe vibromètre laser SKF MSL-7000 a été développée spécifiquement pour les mesures de vibrations sans contact. En collaboration avec la société allemande Polytec, SKF a personnalisé le vibromètre laser comme un moyen d'appliquer une nouvelle technologie de surveillance du bruit pour la fabrication des roulements et, en même temps, d’élargir la gamme des capteurs pour la maintenance conditionnelle.

Le MSL-7000 dispose d'un design robuste et compact en un seul appareil qui est facile à la fois à installer et à utiliser. Il emploie la mesure sans contact et est donc fiable et sans usure. La conception est facile à intégrer dans les montages d'essai et les systèmes de contrôle existants. Le MSL-7000 couvre les mesures acoustiques de 0,2 Hz (pour les rotations lentes) jusqu'à 22 kHz. Du point de vue de la sécurité, ce produit intègre une sécurité oculaire, visible, laser de faible puissance (classe II).

Au cœur du vibromètre laser SKF est un vibromètre laser Doppler (LDV) – un capteur optique de précision utilisé pour déterminer la vitesse de vibration et de déplacement à un point fixe. La technique est basée sur l'effet Doppler à: détecter le décalage en fréquence de la lumière rétrodiffusée à partir d'une surface en mouvement.

L'effet Doppler

Si une onde est réfléchie par un objet en mouvement et détecté par un système de mesure (comme c'est le cas avec la LDV), le décalage de fréquence de l'onde peut être exprimé par la formule :

Equation Fd

où v est la vitesse et de l'objet λ est la longueur d'onde de l'onde émise. Pour déterminer la vitesse d'un objet, le décalage en fréquence (effet Doppler) doit être mesurée à une longueur d'onde connue. Cela se fait dans la LDV par un interféromètre laser.

Interférométrie

le vibromètre laser Doppler fonctionne sur la base d'une interférence optique, ce qui nécessite deux faisceaux de lumière cohérente, avec leurs intensités lumineuses respectives l1 et l2 , à se chevaucher. L'intensité résultante est non seulement la somme des intensités simples, mais est modulée par un soi-disant terme d'interférence selon la formule :

Equation ltot

où: r2 = constante

r1 = r (t) - déplacement de l'objet

Ce terme d'interférence se rapporte à la différence de longueur de trajet entre les deux faisceaux. Si cette différence est un multiple entier de la longueur d'onde laser, l'intensité globale est quatre fois celle d'une seule intensité. De ce fait, l'intensité globale est égale à zéro si les deux poutres ont une différence de longueur de trajet de la moitié de la longueur d'onde.

Démonstration expérimentale

La figure 2 montre comment cette loi physique est exploitée techniquement dans la LDV. Le faisceau d'un laser hélium-néon est divisé par un diviseur de faisceau (BS 1) en un faisceau de référence et un faisceau de mesure. Après passage à travers un second séparateur de faisceau (BS 2), le faisceau de mesure est focalisé sur l'objet soumis à l'enquête, qui la réfléchit. Ce faisceau réfléchi est maintenant dévié vers le bas par BS 2, fusionné avec le faisceau de référence par le troisième diviseur de faisceau (BS 3) et ensuite dirigée sur le détecteur.

Schema vibrometre

Fig. 2 démonstration expérimentale

Comme la longueur du trajet du faisceau de référence est constante dans le temps (à l'exception des effets thermiques négligeables sur l'interféromètre) (r2 = constante), un mouvement de l'objet à l'étude (r1 = r (t)) génère un sombre et lumineux (franges) schéma typique de l'interférométrie sur le détecteur. Un cycle complet foncé lumineux sur le détecteur correspond à un déplacement de l'objet d'exactement la moitié de la longueur d'onde de la lumière utilisée. Dans le cas du laser hélium-néon, utilisé presque exclusivement pour les vibromètre, ce qui correspond à un déplacement de 316 nm.

Modification de la longueur de trajet optique par unité de temps se traduit par le décalage de fréquence Doppler du faisceau de mesure. Cela signifie que la fréquence de modulation du motif d'interféromètre déterminé est directement proportionnelle à la vitesse de l'objet. Comme le mouvement d'un objet à une distance à partir de l'interféromètre génère la même figure d'interférence (et par déplacement de fréquence) comme déplacement de l'objet vers l'interféromètre, ce montage ne ​​peut pas déterminer la direction dans laquelle l'objet se déplace. A cet effet, un modulateur acousto-optique (cellule de Bragg) est placé dans le faisceau de référence, ce qui décale la fréquence de la lumière de 40 MHz (par comparaison, la fréquence de la lumière laser est de 4,74.1014 Hz). Cela génère une fréquence de modulation du motif de franges de 40 MHz, lorsque l'objet est au repos. Si l'objet se déplace alors vers l'interféromètre, cette fréquence de modulation est réduite, et si elle s'éloigne du vibromètre, le détecteur reçoit une fréquence supérieure à 40 MHz. Cela signifie qu'il est désormais possible non seulement de détecter l'amplitude de mouvement, mais aussi de définir clairement le sens du mouvement.

Maintenance conditionnelle avancée

SKF est l'une des principales sociétés productrices de systèmes de surveillance de l'état, et il offre une large gamme d'appareils portables et de systèmes de surveillance en ligne. Le nouveau capteur a été développé pour être utilisé avec les produits de surveillance d'état SKF. Le Laser Vibromètre SKF peut être combiné, par exemple, avec le SKF Microlog (fig. 3), offrant ainsi une valeur ajoutée à tous les clients.

Kit vibrometre mobile

Fig. 3 : kit d’analyse vibratoire mobile

Cela ouvre plus d'applications potentielles avec des instruments portatifs SKF et des systèmes de surveillance en ligne, tout en donnant aux techniciens de maintenance SKF un outil avancé et flexible pour les mesures de vibrations mobiles dans un grand nombre d'applications différentes sur le terrain. Ces mesures comprennent:

  • ·        plages de mesure de 20 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s,
  • ·        signal proportionnel de vitesse disponible sur le connecteur de sortie analogique numérique (SP-DIF Format) ou
  • ·        mesures acoustiques de 0,2 Hz (pour les rotations lentes) jusqu'à 22 kHz
  • ·        mesures sur de grandes distances (jusqu'à 3 m)
  • ·        des mesures sur des surfaces chaudes
  • ·        mesure des vibrations sur les pièces en rotation
  • ·        transmission adéquate, sans influence de la force appliquée à l'élément piézo
  • ·        mesures dans des zones dangereuses ou des zones qui sont difficiles à atteindre
  • ·        mesures à travers le verre.

Surveillance du bruit de roulements SKF

Les roulements sont des composants mécaniques de haute précision et sont pour la plupart produites en très grandes quantités. En tant que leader du marché mondial dans l'industrie du roulement, SKF étend continuellement son avance dans le développement de procédés et la technologie de qualité. Les tolérances dimensionnelles sont dans un très petit nombre de micromètres, et une attention particulière est accordée à faible bruit de fonctionnement d'un roulement. En outre, SKF est dédié à une politique de zéro défaut en dépit de produire des millions de produits chaque jour. En conséquence, SKF s'applique essai de bruit à 100% à la fin de la chaîne de production, ce qui nécessite des systèmes de contrôle très complexes et sophistiquées (fig. 4).

Machine de mesure de bruit

Fig. 4 : machine de mesure du bruit pour roulements de roue automobiles

Les mesures MSL-7000 bruit de structure d'objets de manière fiable et sans contact. Les données acquises fournissent des informations précieuses aux SKF électronique bruit tests sur la qualité de fabrication et le respect des limites d'émission acoustique d'un produit. L'intégration directe du vibromètre laser SKF dans une ligne de production prévoit un système de contrôle qualité en temps réel, ce qui permet des décisions bonnes/mauvaises automatiques. Ainsi, outre la confirmation durable de la qualité du produit, le capteur augmente sensiblement le rapport coût-efficacité du processus de production. Le vibromètre laser SKF est sans contact et sans usure et ne nécessite pas de mécanismes d'asservissement ou de protection de bruit pour effectuer des mesures.

L'utilisation du laser SKF Vibromètre permet la simplification de la disposition de l'équipement et du design. En outre, il est possible pour des machines telles que des bancs d'essai de vie ou de stations run-in pour être facilement complétée par des capteurs de bruit tests et l'électronique. Le capteur est devenu un standard pour toutes les nouvelles machines bruit tests utilisés dans les usines SKF (fig. 5).Cette nouvelle technologie offre de nombreux avantages pour les usines SKF. La mesure sans contact des résultats de la sonde dans une grande durée de vie prolongée de l'équipement et évite des arrêts non planifiés. Il s'agit d'un système flexible qui peut être utilisé dans de nombreuses applications différentes. Il s'agit d'une technologie précise qui génère un signal constant et offre des coûts d'exploitation grâce à un étalonnage réinitialisation rapide et simplifiée. Les autres avantages sont que les machines existantes est facile de mettre à niveau, et toute réparation ultérieure du capteur peut être réalisé à un coût modéré.

Vibrometre integre

Fig. 5 : vibromètre laser SKF intégré dans un équipement de mesure de bruit

Technologie de contrôle de la qualité pour les clients

SKF est désormais capable d'accompagner ses clients sur des questions de contrôle de qualité. Le nouveau vibromètre laser SKF peut être connecté avec la technologie bruit tests SKF pour les installations d'essai en fin de ligne de production des moteurs électriques, pompes, compresseurs et beaucoup d’autres produits.

Auteur: Werner Palmetshofer, Centre de surveillance de la Condition directeur général de SKF, Steyr, en Autriche

 

Retrouvez cet article en version originale anglaise dans le magazine Evolution de SKF : http://evolution.skf.com/