Autocorrelation: Identificationdes signaux de vibration de la machine

L’autocorrélation est un outil d’identification des défauts dans les machines qui, après analyse dans le domaine temporel, corrèle les formes d’onde entre elles pour calculer un facteur de corrélation à chaque instant.

La caractérisation périodique est la technique de base de l’analyse vibratoire en maintenance prédictive.

Lorsque les machines tournantes présentent des signes de défaillance, la plupart des défauts présentent des caractéristiques périodiques, telles que:

• Le passage de chaque élément roulant sur une fissure sur la bague extérieure d’un roulement.
• Chaque engagement d’une dent défectueuse sur un ensemble couronne et pignon.
• Chaque tour d’une masse en déséquilibre présent dans un rotor.
• Le passage de chaque pale de ventilateur avec des fissures sur un point de référence fixe.

Avec les informations géométriques, constructives et opérationnelles des composants, il devient possible de déterminer la période et, par conséquent, la fréquence à laquelle ces événements se produisent.

A partir de la détermination de la période et de la fréquence, l’autocorrélation est issue de la forme d’onde, une fois qu’elle se modifie lorsqu’un défaut dans une machine tournante apparaît.

Le résultat de l’utilisation de l’outil est une forme d’onde autocorrélée qui indique la présence d’événements périodiques dans les signaux vibratoires, car la valeur maximale du facteur d’autocorrélation tend vers 1 pour un signal périodique et l’autocorrélation est périodique.

En revanche, si le signal est aléatoire, la valeur maximale du facteur d’autocorrélation tend vers 0 et l’autocorrélation est aléatoire.

Analyse des anomalies avec forme d’onde et autocorrélation

13 Juillet

Avec un roulement sans défaut, le RMS de la forme d’onde dans l’axe axial est de 0,0276g et l’autocorrélation est de 0,0510g.

Les événements périodiques du roulement ne possèdent pas d’énergie pertinente dans le signal de vibration et l’autocorrélation est principalement aléatoire.

31 Juillet

Lorsque le défaut est dans sa phase naissante, aucune altération ne devient évidente dans la forme d’onde.

L’augmentation RMS de la forme d’onde est de 6,5% dans la direction axiale. Cependant, le signal d’autocorrélation est visiblement altéré : il devient périodique, son RMS augmente de 91% dans la direction axiale et le pic du facteur positif de corrélation dépasse 0,25 en quelques instants.

29 Aoùt

A ce stade, le défaut commence à être remarqué sur la forme d’onde, qui commence également à présenter une caractéristique périodique et une évolution pertinente de RMS – 411% par rapport au stade précédent dans la direction axiale.

Bien qu’il s’agisse d’une caractéristique de défaut plus évidente et affirmée, elle n’a été remarquée dans la forme d’onde qu’environ un mois après les modifications identifiées dans l’autocorrélation. Celle-ci devient néanmoins majoritairement périodique et son pic positif dépasse la valeur de 0,85 dans tous les cycles.

Comme il est possible de l’observer, l’autocorrélation est un excellent outil de surveillance active industriel, car elle est capable d’alerter l’analyste des vibrations de l’existence d’une condition anormale avec une grande antériorité.

Lorsqu’elle est ajoutée aux autres outils d’analyse des vibrations, tels que la forme d’onde circulaire, la puissance d’autocorrélation devient encore plus évidente.

L’image ci-dessous montre comment la forme d’onde circulaire d’autocorrélation, à partir du cas illustré ci-dessus, évolue du 13 juillet, sans défaut, au 29 août, avec un défaut de grande gravité.

13 Juillet

La forme d’onde circulaire de l’autocorrélation ne présente pas d’oscillations.

29 Juillet

La forme d’onde circulaire de l’autocorrélation présente 4 oscillations à chaque tour de 0,0686s.

La durée de ce virage équivaut à 14,5hz, ce qui correspond à la fréquence de défaut sur la voie extérieure du roulement. Les 4 oscillations se produisent dans une période de 0,97 s, soit 58 Hz, qui est la 4e harmonique de la fréquence de défaut dans la voie extérieure du roulement.

Pour permettre des analyses comme celles-ci, Dynamox fournit désormais l’outil de la corrélation de forme d’onde dans la plate-forme Web Dynamox, dans le navigateur du client, en utilisant des données stockées dans le cloud et entièrement en ligne. On y voit les signaux d’accélération, de vitesse et de déplacement, bruts ou filtrés numériquement. Il permet l’utilisation des curseurs de période et la manipulation graphique avec différents outils, facilitant l’identification des événements périodiques et la détermination de la fréquence de ces événements.

De plus, il est possible de visualiser et de manipuler l’autocorrélation de la forme d’onde circulaire, comme décrit dans cet article.

Accès

L’autocorrélation est disponible dans les pages Spectre et Comparaison spectrale. Elle peut être activée ou désactivée en cliquant sur le bouton bascule situé dans le coin supérieur droit de ces pages.

La forme d’onde circulaire de l’autocorrélation peut être activée ou désactivée avec la bascule située dans le coin supérieur gauche de ces pages.

Outils de traitement du Signal

Comme l’autocorrélation dépend entièrement de la forme d’onde, lorsqu’un traitement déterminé est appliqué au signal, il se répercute sur l’autocorrélation. Par conséquent, si nous appliquons un filtre passe-bas avec une coupure de 300hz sur le signal, l’autocorrélation est la résultante du signal filtré.

De même, si une transformation en vitesse ou en déplacement est effectuée, elle se répercute sur l’autocorrélation.

Outils d’analyses

Tous les outils disponibles pour faciliter l’analyse de forme d’onde sont également disponibles pour l’analyse d’autocorrélation dans le coin supérieur droit du graphique. Il est donc possible d’appliquer différents types de zoom, de faire glisser, de définir la limite d’axe, d’appliquer un curseur de période, d’ajouter des notes, d’afficher ou de masquer les statistiques et la grille de référence.

Continuez à naviguer et apprenez-en plus sur les outils de forme d’onde circulaire et le spectre en cascade, les graphiques interactifs et personnalisés qui aident à l’analyse des défauts actifs industriels, via la Plateforme Web Dynamox.