Maintenance & Entreprise n°633

Dossier
La justification du recours aux ultrasons tient en deux mots :
choc et haute fréquence. Les chocs sont révélateurs de la défaillance
annoncée des roulements. Un roulement dégradé –
écaillé par exemple – génère une onde de choc. De très courte
durée, l’événement n’est présent qu’en haute fréquence. Pour
être plus précis, l’impact libère une énergie localisée lors de
chaque passage d’un élément roulant sur la zone écaillée.
Les ultrasons sont donc naturellement sensibles aux impacts.
Un deuxième facteur facilite leur mise en valeur. Il s’agit de
l’atténuation forcée des fréquences basses. Comme, par
exemple, celles qui sont générées par le lignage ou le balourd.
Lors de mesure en basse fréquence, ces phénomènes très
énergétiques parasitent la détection de l’avarie du roulement
qui quant à elle développe peu d’énergie.
Cet effet de masquage est un des écueils rencontrés en mesure
vibratoire. Typiquement, le balourd, le lignage, tout en
restant dans des valeurs acceptables, produisent un niveau
d’énergie qui vient noyer le signal utile. Afin de contourner le
problème, la mesure ultrasonore travaille à des fréquences
plus élevées, tout en évacuant les basses fréquences par
filtrage. En adoptant cette stratégie, les phénomènes « parasites
»’ ne masquent plus la composante haute fréquence du
signal recherché.
Plus la vitesse est basse, plus l’énergie libérée est faible. Elle
sera généralement insuffisante à provoquer une vibration de la
structure. Ce phénomène explique aussi en partie, la mauvaise
sensibilité de l’analyse vibratoire lorsque la vitesse est faible.
En réalité, il nécessite un traitement sophistiqué du signal qui
nécessite de faire appel aux compétences d’un personnel hautement
qualifié, justifiant d’une solide expérience en traitement
du signal. Ceci explique les échecs subis avec l’analyse vibratoire.
Une solution à première vue attirante serait d’utiliser un
accéléromètre de plus grande sensibilité. On trouve facilement
des capteurs avec une sensibilité de 500 mV/g au lieu de 100
mV/g. Malheureusement, le gain supplémentaire n’améliore
en rien la situation car, si la partie utile du signal s’en trouve
effectivement majorée d’un coefficient 5, le bruit l’est également.
Partant, le rapport signal/bruit reste identique au final.
Un capteur au design spécifique
La première particularité des ultrasons est de recourir à des
capteurs de contact résonnants. La seconde est de réaliser la
mesure sur une bande de fréquence étroite autour de la résonnance.
Le capteur joue alors le rôle d’amplificateur mécanique
et d’atténuateur des composantes altérant la recherche de la
défaillance du roulement.
Une première ligne de défense, l’écoute
La fonctionnalité la plus connue d’un détecteur ultrasonore est
de disposer… d’un casque audio. La reproduction des sons à
haute fréquence dans le domaine audible est appelée hétérodyne.
Les personnes n’ayant jamais utilisé ce type d’instruments
penseront que l’écoute est une technique archaïque
voire, totalement dépassée. En fait, c’est tout le contraire, spécialement
pour les basses vitesses. Chaque opérateur sera
en mesure de distinguer un roulement sain de son homologue
écaillé à force d’usure. Le premier produit un son régulier
qu’on pourrait qualifier de calme. Le second génère un bruit
reconnaissable, constitué de craquements répétitifs. L’apprentissage
est rapide. Il ne requiert aucun bagage technique particulier.
La technique est donc accessible à tous. C’est la raison
de son succès.
Cependant, l’écoute seule n’est pas une fin en soi. Des mesures
fiables sont indispensables sauf à tourner le dos à la
mise en place d’un vrai programme de maintenance conditionnelle.
En effet, sans mesure, l’instrument ne serait rien de plus
qu’un banal stéthoscope.
Des mesures statiques assurent la fonction de dépistage
Les mesures statiques – ou mesures globales – sont faciles
à implémenter car le résultat est un nombre. On parle alors
d’indicateurs scalaires. Elles constituent la base de tout programme
de maintenance. Elles permettent la création de
courbes de tendance et la mise en place de seuils d’alerte.
Pour les roulements lents, deux indicateurs sont utiles : la valeur
RMS qui caractérise l’énergie véhiculée et la valeur crête
qui caractérise l’amplitude du signal. En suivant l’évolution de
ces deux indicateurs, le dépistage à un stade précoce est accessible
à tous sans faire appel à un expert.
Voici les mesures provenant de deux machines identiques
fonctionnant à une vitesse de rotation de 50 tours/mn. Le temps
d’acquisition des mesures est de seulement 20 secondes.
La simple comparaison entre les mesures permet de distinguer
le roulement en bon état de celui qui présente un défaut.
Les mesures dynamiques : du dépistage au diagnostic
Spécifications du capteur à vis SDT RS1
Parfois le technicien veut aller au-delà du dépistage. Le besoin
survient sur des machines complexes ou après des pannes
répétitives. Il doit alors déterminer la nature du dysfonctionnement.
C’est le diagnostic, établi à partir de la mesure dynamique.
Mars 2014 – N°633
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