Brevet FR3080450A1 — publié le 20191025

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de la détection des défauts mécaniques dans des engrenages par analyse des signaux vibratoires générés par ces derniers et trouve avantageusement application dans la détection de tels défauts dans les moteurs d'avions ou d'hélicoptères pour la surveillance de tels systèmes. ETAT DE LA TECHNIQUE Un engrenage est un système mécanique composé d'au moins deux roues dentées engrenées servant à la transmission du mouvement de rotation entre elles. Les vibrations émises par un tel engrenage portent des informations utiles sur son état de santé. Par conséquent, leur analyse est un moyen de surveillance efficace, non-intrusif et à faible coût. En effet, d'un point de vue « signal », les vibrations mesurées d'un engrenage simple fonctionnant en régime (quasi)-constant peuvent être modélisées comme un produit de multiplication d'un signal d'engrènement se(t) avec deux signaux modulants Mt) et s2(t). Cela s'exprime de la manière suivante : s(t) = se (t)(1 + Mt) + s2(t)) avec : - MO : Le signal d'engrènement périodique par rapport à la période d'engrènement T, = 1/ fe - MO : Le signal modulant de la roue 1 périodique par rapport à la période de rotation T1 = 1/fl - s2(t) : le signal modulant de la roue 2 étant périodique par rapport à la période de rotation T2 = 1 / 1.2 On désigne par Z1 et Z2 les nombres de dents des roues 1 et 2, respectivement. Les fréquences fe, fi et f2 sont liées entre eux selon l'équation suivante : fe = zifi = z2f2 La fréquence fe est la fréquence d'engrènement, fi et f2 sont les fréquences de rotation des roues 1 et 2 respectivement. 2 Le signal se(t) représente physiquement la réponse de la force d'engrènement générée lors de contact entre les dents, ainsi la période d'engrènement désigne la durée entre l'entrée en contact d'une dent et sa sortie du contact. Le signal modulant d'intérêt s/(t) (/ = 1,2), représente physiquement la non- 5 régularité de l'engrènement causée par la roue I. Idéalement, si(t) est une constante pour une roue parfaite (c'est-à-dire sans anomalie mais pouvant présenter une faible irrégularité). Cependant, en pratique, la présence de la non-régularité est commune et n'implique pas nécessairement la présence d'un défaut. En effet, la non-régularité peut être due à des erreurs légères 10 de fabrication, de montage ou d'asymétrie. Pour cette raison, l'information sur l'état de santé de la roue / dépend de la forme du signal s/(t). Par exemple, si le signal s/(t) présente un train périodique avec des transitoires, cela indique la présence d'un défaut local (par exemple de type écaillage). 15 Un problème connu dans la détection des défauts dans les engrenages est que le signal d'engrènement est énergétiquement beaucoup plus fort que les signaux modulants et ce même en présence d'un défaut sur une des roues. Par conséquent, la signature du défaut est souvent masquée par le phénomène d'engrènement. 20 Une méthode classique pour détecter un défaut, est de surveiller l'évolution des modulations autour des fréquences d'engrènement dans le spectre du signal (en dB). Toutefois, cette méthode classique a pour inconvénient d'être souvent imprécise car elle ne fournit pas d'information sur la forme du signal modulant. 25 Une autre méthode classique est de démoduler (en amplitude et en fréquence) dans une bande centrée sur une harmonique d'engrènement. Cette méthode a pour but de restaurer une image de l'enveloppe (ou de la phase) du signal modulant (si(t)) mais présente des performances médiocres dans le cas où d'autres interférences (interférences périodiques, bruit stationnaire coloré) 30 interviennent, ce qui est un scenario typique dans les systèmes complexes. D'autres méthodes de séparation de source peuvent restaurer une image des signaux modulants d'une manière efficace, mais exigeant un coût de calcul élevé. 3 PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une méthode de surveillance d'un système à engrenages qui soit simple à mettre en oeuvre et qui soit efficace. A cet effet, l'invention propose un procédé de surveillance d'un système à 5 engrenages comprenant au moins deux roues, chaque roue ayant une fréquence caractéristique, un signal vibratoire, ou acoustique représentatif de ces vibrations ayant été acquis par un capteur, un signal numérique vibratoire ou acoustique x(t) ayant été obtenu, le procédé comprenant, pour chaque fréquence caractéristique du système, les étapes de 10 filtrage, au moyen d'un filtre, du signal numérique de manière à obtenir un signal de surveillance image d'au moins une composante vibratoire d'au moins un défaut ; détermination de l'enveloppe carré dudit signal de surveillance, défini par la valeur absolue au carré de la transformée de Hilbert du signal de surveillance de 15 manière à extraire une image des signaux modulants associés à la rotation des roues à partir du signal de surveillance ; détermination de la moyenne synchrone de ladite enveloppe carrée par rapport à la période de rotation d'une roue d'intérêt choisie parmi les roues de l'engrenage, ladite moyenne permettant d'atténuer des composantes parasites dans 20 l'enveloppe provenant d'autres sources mécaniques ; détermination d'un indicateur de surveillance fonction de ladite moyenne synchrone, ledit indicateur de surveillance étant défini par la racine carrée de la moyenne synchrone normalisée par la valeur médiane de la moyenne synchrone. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 25 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. Le procédé comprend une étape d'affichage en coordonnées polaires de l'indicateur ainsi obtenu, d'un indicateur signalant au moins un défaut dès lors qu'il varie autour d'un cercle unité. 30 Le procédé comprend une étape d'obtention d'un filtre à partir d'un kurtosis spectral sélectif défini par la partie du kurtosis spectral du signal numérique liée à ladite fréquence caractéristique. De manière avantageuse, la détermination du kurtosis spectral sélectif du signal numérique, comprend les sous-étapes suivantes : 4 - détermination d'une transformée de Fourier à court terme du signal numérique définie par X(i3,t; mAnDFT:sht,inAffh(nat - i3,t)x(ruS3} 0 nsttlifi (Of) ei6f) 25 où X(j6f) est la transformée de Fourier de x(t) c'est-à-dire, er6f) = DFTt,r8ftx(nat)}, et Sf = L est la résolution fréquentielle. De manière complémentaire, une étape intermédiaire d'interpolation peut être requise pour pouvoir calculer les coefficients de Ilf1 aux fréquences Of à partir de 30 ceux calculés aux fréquences n2,Af. 10 Afin de mettre en valeur la modulation induite par la roue d'intérêt, l'enveloppe carrée EC du signal filtré est calculée comme suit (étape E3) EC(nat) = IHilbertty(nat)112 . Comme constaté il s'agit du carré de la valeur absolue de la transformée de 5 Hilbert du signal filtré. L'utilisation de l'enveloppe carrée du signal est préférée à l'enveloppe seule car elle est plus efficace. En effet, cette dernière peut induire des artéfacts (des composants n'ayant pas un sens physique). Cette étape E3 permet d'extraire une image des signaux modulants associés 10 à la rotation des roues à partir du signal filtré à l'étape El. Bien que l'enveloppe carrée du signal filtré soit dominé par la modulation de la roue suspecte, des interférences provenant des autres composants de la chaine mécanique peuvent être présentes. La raison de la présence de ces interférences est le fait que le filtre issu du KSS est un filtre optimal qui préserve l'allure du signal 15 d'intérêt (c'est-à-dire minimiser l'erreur quadratique entre le signal filtré et le signal de modulation de la roue d'intérêt). Afin de rejeter toute interférence asynchrone, la moyenne synchrone MS est calculée (étape E4) par rapport à la période de rotation d'une roue d'intérêt (choisie parmi l'une des roues de l'engrenage). En désignant par N = lat le nombre de point 20 par tour de la période d'intérêt 7'1, la moyenne synchrone s'écrit comme suit G G 1 1 MS(nat) = -1EC (fi& + T1) = -G1E C ((h + »St) 0 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance d'un système (1) à engrenages comprenant au moins deux roues, chaque roue ayant une fréquence caractéristique (fi, f2), un signal vibratoire, ou acoustique représentatif de ces vibrations ayant été acquis par un capteur (21), un signal numérique vibratoire ou acoustique x(t) ayant été obtenu, le procédé comprenant, pour chaque fréquence caractéristique du système (1), les étapes de filtrage (El), au moyen d'un filtre, du signal numérique de manière à obtenir un signal de surveillance image d'au moins une composante vibratoire d'au moins un défaut ; détermination (E3) de l'enveloppe carré dudit signal de surveillance, défini par la valeur absolue au carré de la transformée de Hilbert du signal de surveillance de manière à extraire une image des signaux modulants associés à la rotation des roues à partir du signal de surveillance ; détermination (E4) de la moyenne synchrone de ladite enveloppe carrée par rapport à la période de rotation d'une roue d'intérêt choisie parmi les roues de l'engrenage, ladite moyenne permettant d'atténuer des composantes parasites dans l'enveloppe provenant d'autres sources mécaniques ; détermination (E5) d'un indicateur de surveillance fonction de ladite moyenne synchrone, ledit indicateur de surveillance étant défini par la racine carrée de la moyenne synchrone normalisée par la valeur médiane de la moyenne synchrone. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, comprenant une étape d'affichage (E6) en coordonnées polaires de l'indicateur ainsi obtenu, d'un indicateur signalant au moins un défaut dès lors qu'il varie autour d'un cercle unité. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape d'obtention (E106) d'un filtre à partir d'un kurtosis spectral sélectif défini par la partie du kurtosis spectral du signal numérique liée à ladite fréquence caractéristique. 12 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la détermination du kurtosis spectral sélectif du signal numérique, comprend les sous-étapes suivantes : 13 - détermination (E101) d'une transformée de Fourier à court terme du signal numérique définie par X(i3,t; mAnDFT:sht,inAffh(nat - iAt)x(ruSt)} 0 5. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel l'étape d'obtention 20 (E106) du filtre est définie par la racine carrée du kurtosis spectral sélectif de la manière suivante : Hfi(mg) = \lICSSxh(mg) avec h la fréquence caractéristique considérée. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, comprenant une étape d'obtention 25 d'un filtre à partir du kurtosis spectral ou du kurtogram du signal numérique. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape (E0) de mesure et d'acquisition d'un signal vibratoire ou acoustique numérique x(t), l'acquisition étant mise en oeuvre par un accéléromètre ou bien un microphone. 30 14 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape (E2) de rééchantillonnage angulaire du signal numérique vibratoire ou acoustique. 9. Système de surveillance comprenant une unité de traitement configurée pour 5 mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications précédentes, ledit système comprenant, de préférence, une unité (1) de mesure et d'acquisition d'un signal numérique vibratoire x(t), ladite unité (1) de mesure d'acquisition comprenant un capteur (21) de préférence un accéléromètre ou un microphone. 10 10. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, lorsque ce procédé est exécuté par au moins un processeur.