Brevet FR3081991A1 — publié le 20191206

L'invention concerne un procédé de diagnostic d'une défaillance d'un ensemble mécanique comprenant un organe tournant. En particulier, l'invention peut être mise en oeuvre pour le diagnostic d'une défaillance d'un palier à roulement, notamment de la bague tournante ou fixe d'un roulement, de guidage en rotation d'un ensemble mécanique. En variante, l'invention peut être mise en oeuvre pour diagnostiquer la défaillance d'un autre organe, y compris fixe, d'un ensemble mécanique comprenant un organe tournant. Par exemple, l'ensemble mécanique peut appartenir à une boîte de vitesses, un motoréducteur, un variateur de vitesse, un autodémarreur, une turbine, un réacteur, une transmission, un embrayage, une broche ou un support de broche d'usinage. On connaît du document WO-2010/122240 un procédé de détection d'un défaut structurel, notamment à des fins de diagnostic, dans lequel un spectre de la vitesse instantanée de l'organe tournant est surveillé à au moins une fréquence caractéristique de l'apparition du défaut. Pour ce faire, une analyse préalable doit être menée pour identifier les fréquences d'apparition de chacun des défauts à détecter. Toutefois, cette analyse ne prend en compte l'impact du défaut que sur la vitesse de rotation de l'organe, rendant ainsi difficilement détectable les défauts qui auraient un effet faible sur ladite vitesse. En particulier, la demanderesse a analysé que l'exploitation des éventuels déplacements radiaux de l'organe tournant par rapport à son axe de rotation était pertinente pour diagnostiquer une défaillance dudit ensemble, permettant notamment de caractériser la sévérité du défaut induisant lesdits déplacements. Pour ce faire, l'invention propose un procédé de diagnostic d'une défaillance d'un ensemble mécanique comprenant un organe tournant, ledit procédé prévoyant 2 une mesure temporelle des déplacements radiaux dudit organe dans au moins une direction et un échantillonnage angulaire de ladite mesure pour obtenir un signal représentatif desdits déplacements en fonction de la position angulaire dudit organe, ledit procédé prévoyant une surveillance dudit signal pour, en 5 fonction de l'amplitude desdits déplacements dans au moins une plage angulaire, diagnostiquer une défaillance correspondant à un défaut induisant lesdits déplacements. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la 10 description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement une configuration de mise en oeuvre de l'invention, la figure la montrant l'échantillonnage angulaire du signal obtenu dans cette configuration ; - la figure 2 représente une mesure temporelle des déplacements radiaux 15 obtenue par deux capteurs placés en quadrature selon la configuration de la figure 1, la figure 2a étant la projection de ladite mesure suivant l'axe du défaut. On décrit ci-dessous la mise en oeuvre d'un procédé de diagnostic d'une 20 défaillance d'un ensemble mécanique comprenant un palier à roulement formé d'un organe tournant 1, d'un organe fixe et d'au moins une rangée de corps roulants disposée entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative. En outre, la description est faite en relation avec un palier de guidage en rotation 25 d'un ensemble mécanique qui est embarqué dans un véhicule automobile, notamment un roulement de guidage en rotation d'un arbre de boîte de vitesses. Toutefois, l'invention peut s'appliquer au diagnostic d'un autre type d'ensemble mécanique comprenant un organe tournant 1 et/ou dans une autre application, 30 par exemple une application statique comme dans une machine-outil portant un organe tournant. 3 En particulier, la défaillance à diagnostiquer peut apparaître du fait d'un défaut 2 sur l'organe tournant 1 et/ou sur l'organe fixe, par exemple sous la forme d'un écaillage d'une piste de roulement des corps roulants. De façon avantageuse, le procédé permet de diagnostiquer une défaillance de l'ensemble mécanique pour, 5 en assurant une maintenance prédictive, alerter d'une panne à venir dudit ensemble. Le procédé prévoit une mesure temporelle des déplacements radiaux de l'organe tournant 1 dans au moins une direction. En relation avec la figure 1, la mesure 10 est faite dans deux directions formant entre elles un angle 0 non nul, notamment égal à 900, afin d'obtenir la trajectoire de l'organe tournant 1 dans un plan radial. En variante, une seule ou plus de deux directions de déplacements peuvent être mesurées. 15 La figure 1 représente deux capteurs 3 en quadrature qui sont disposés dans un même plan radial autour de l'organe tournant 1 en mesurant selon deux directions orthogonales qui sont sécantes en un point 0 de l'axe nominal de rotation. Selon une réalisation, les capteurs 3 sont de type sans contact et délivrent chacun un signal représentatif de la distance séparant ledit capteur de 20 l'organe tournant 1. En particulier, des capteurs 3 à courant de Foucault ou bien capacitifs peuvent être utilisés. Le procédé prévoit ensuite un échantillonnage angulaire de la mesure de déplacement pour obtenir un signal représentatif des déplacements radiaux de 25 l'organe tournant 1 en fonction de la position angulaire dudit organe. Selon une réalisation, l'échantillonnage angulaire est réalisé au moyen d'une mesure de la position angulaire de l'organe tournant 1 en fonction du temps. En particulier, un ou plusieurs capteurs peuvent être disposés autour de l'organe 30 tournant 1 pour mesurer la position angulaire dudit organe. En variante, un dispositif de détection d'une position angulaire de référence peut être utilisé. 4 Selon une autre réalisation, notamment pertinente en cas de faibles variations de vitesse, l'échantillonnage angulaire est réalisé par exploitation d'un motif périodique dans la mesure temporelle des déplacements. En effet, même si l'on ne dispose pas d'une mesure directe de la position angulaire, la trajectoire d'un 5 organe tournant 1 présente souvent un motif périodique qui est lié à sa position. La présence de ce type de motif se traduit par une fréquence de forte puissance dans le spectre temporel qui peut être filtrée à l'aide d'une méthode de Hilbert pour en déduire l'angle. 10 En particulier, cette méthode prévoit : - un filtrage passe bande autour de la fréquence de forte puissance dans la mesure temporelle des déplacements ; - la suppression des fréquences négatives ; - une transformée de Fourier inverse pour obtenir un signal analytique ; puis 15 - la récupération de l'angle à l'aide de la fonction arctangente. Une fois le signal de déplacement obtenu dans le domaine angulaire, le procédé prévoit une surveillance dudit signal pour, en fonction de l'amplitude desdits déplacements dans au moins une plage angulaire, diagnostiquer une défaillance 20 correspondant à un défaut induisant lesdits déplacements. La figure 1 représente un défaut 2 d'écaillage situé sur l'organe fixe d'un roulement à billes, ledit défaut ayant été placé à un angle y de 30° par rapport à la direction 4 de charge. La figure 1a représente les déplacements de l'organe 25 tournant 1 qui présente un pic d'amplitude dans la direction du défaut 2 selon la figure 1, caractérisant ainsi la présence dudit défaut. En particulier, le signal de la figure la confirme que les billes, lorsqu'elles passent dans le défaut 2 d'écaillage, entraînent un déplacement radial du roulement dans l'axe dudit défaut. 30 Ainsi, en surveillant le signal angulaire autour de l'angle y, la détection d'une amplitude significative de déplacement conduit au diagnostic du défaut 2 représenté. En particulier, lorsque l'axe du défaut 2 est connu, un seul capteur 3 5 est nécessaire, tout autre capteur pouvant compléter le diagnostic de ce défaut 2 ou permettre d'en diagnostiquer un dans une autre direction. Selon une réalisation avantageuse, le procédé prévoit la détermination d'une 5 moyenne synchrone au tour de la mesure temporelle des déplacements et une élimination de ladite moyenne dans ladite mesure avant son échantillonnage angulaire. En effet, une fréquence de forte puissance telle que mentionnée ci-dessus peut masquer les déplacements significatifs, ce que la moyenne synchrone permet d'éviter en supprimant ladite fréquence. 10 Pour ce faire, la moyenne synchrone peut être obtenue en découpant la mesure sur plusieurs tours et en moyennant les tours pour obtenir la composante synchrone, le résidu obtenu en retirant cette composante étant ensuite exploité. 15 Le procédé permet également une caractérisation de la sévérité du défaut 2 diagnostiqué, afin notamment de pouvoir pronostiquer la durée de vie restante du composant défaillant en vue d'une meilleure planification des opérations de maintenance et donc d'une optimisation des coûts liés au remplacement des pièces défectueuses. 20 Pour ce faire, le procédé prévoit une exploitation de la forme de la mesure temporelle des déplacements pour déterminer la largeur du défaut 2 induisant la défaillance diagnostiquée. 25 En relation avec la figure 2, les mesures des deux capteurs 3 en quadrature ne contiennent pas la même information, puisque les déplacements se font dans l'axe du défaut 2. Ils sont donc inobservables lorsque le capteur 3 est placé sur un axe perpendiculaire à l'axe du défaut 2. Ainsi, pour obtenir un signal optimal tel que représenté sur la figure 2a, les mesures peuvent être projetées suivant 30 l'axe du défaut 2. Si l'on modélise le signal induit par le défaut 2 par une porte, estimer la largeur du défaut 2 revient à rechercher un maximum de corrélation pour toutes les 6 largeurs de porte possibles. La deuxième inconnue est l'instant de l'entrée du corps roulant dans le défaut 2 ; on peut faire de même une recherche exhaustive de tous les instants possibles, avec un maximum de corrélation obtenu pour l'instant pertinent. L'encodage angulaire permet ensuite de déduire une largeur 5 en millimètres à partir du diamètre de l'organe tournant 1. En outre, disposant d'un grand nombre d'échantillons puisque les corps roulants passent périodiquement dans le défaut 2, REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic d'une défaillance d'un ensemble mécanique comprenant un organe tournant (1), ledit procédé prévoyant une mesure temporelle des déplacements radiaux dudit organe dans au moins une direction et un échantillonnage angulaire de ladite mesure pour obtenir un signal représentatif desdits déplacements en fonction de la position angulaire dudit organe, ledit procédé prévoyant une surveillance dudit signal pour, en fonction de l'amplitude desdits déplacements dans au moins une plage angulaire, diagnostiquer une défaillance correspondant à un défaut (2) induisant lesdits déplacements. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il prévoit une mesure temporelle des déplacements radiaux de l'organe tournant (1) dans deux directions formant entre elles un angle 0 non nul, notamment égal à 900, afin d'obtenir la trajectoire de l'organe tournant (1) dans un plan radial. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il prévoit une mesure temporelle des déplacements au moyen d'au moins un capteur (3) sans contact délivrant un signal représentatif de la distance séparant ledit capteur de l'organe tournant (1). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échantillonnage angulaire est réalisé au moyen d'une mesure de la position angulaire de l'organe tournant (1) en fonction du temps. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échantillonnage angulaire est réalisé par exploitation d'un motif périodique dans la mesure temporelle des déplacements. 8 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échantillonnage angulaire est réalisé par : - filtrage passe bande autour d'une fréquence de forte puissance dans la mesure temporelle des déplacements ; 5 - suppression des fréquences négatives ; - transformée de Fourier inverse pour obtenir un signal analytique ; puis - récupération de l'angle à l'aide de la fonction arctangente. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 1() qu'il prévoit la détermination d'une moyenne synchrone au tour de la mesure temporelle des déplacements et une élimination de ladite moyenne dans ladite mesure avant son échantillonnage angulaire. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la moyenne 15 synchrone est obtenue en découpant la mesure sur plusieurs tours et en moyennant les tours pour obtenir la composante synchrone. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il prévoit une exploitation de la forme de la mesure temporelle des 20 déplacements pour déterminer la largeur du défaut (2) induisant la défaillance diagnostiquée.