5 Principaux types d'outils de mesure des vibrations
11 mai 2023
Qu´est-ce que la mesure vibratoire ?
La mesure vibratoire est un outil essentiel dans le monde de la maintenance et de la fiabilité de l´Internet des objets industriel, qui connaît une évolution rapide. Pour vous assurer de choisir l´outil le plus adapté à votre organisation, il est important de savoir si un capteur de vibrations ou un appareil de mesure vibratoire industriel donné sera compatible avec vos systèmes actuels et futurs, y compris le matériel et les logiciels de gestion des actifs.
L´Internet des objets industriel (IIoT) alimente l´interface entre les personnes, les systèmes et les machines. La connectivité qu´il fournit offre aux équipes de maintenance de nouvelles opportunités pour prolonger la durée de vie des machines et augmenter l´efficacité globale.
Par exemple, grâce aux outils de surveillance de l´état, les experts en fiabilité peuvent anticiper les défaillances et recevoir immédiatement des informations cruciales sur la santé de leurs équipements, où qu´ils soient. Et à l´avenir, l´analyse vibratoire combinée au machine learning (ML) et à l´intelligence artificielle (IA) sera en mesure de formuler des recommandations de réparation. Mais pour réaliser cette vision, les équipes de maintenance doivent disposer du bon ensemble d´outils de mesure vibratoire.
Quel outil de mesure vibratoire dois-je utiliser et pourquoi ?
Avant de décider comment mesurer les vibrations, regardez où se situe votre entreprise dans sa transition vers la fiabilité. Etes-vous satisfait de vos pratiques actuelles de maintenance et d´exploitation ? Disposez-vous de la connectivité et de l´infrastructure nécessaires pour mettre en œuvre des stratégies de maintenance prédictive ou un programme de surveillance vibratoire ?
Le manque de ressources explique souvent pourquoi certaines entreprises rencontrent des difficultés concernant leurs programmes de surveillance vibratoire : c´est notamment le cas lorsqu´elles sélectionnent un outil de mesure vibratoire qui ne correspond pas à leurs besoins. Fluke Reliability propose des services complets de suivi d´état à distance, du matériel et des logiciels pour vous aider à démarrer, à rester sur la bonne voie et à garantir votre succès.
Les données de mesure vibratoire sont riches en informations
Les mesures vibratoires peuvent aider les équipes de maintenance à déterminer l´état des machines. En collectant les données vibratoires, les équipes peuvent détecter si et quand l´état d´une machine change. La mesure vibratoire peut également être utilisée pour diagnostiquer la cause à l´origine de ce changement. Plus important encore, les mesures vibratoires peuvent également fournir des informations pour un fonctionnement sûr de la machine.
La mesure vibratoire est normalement une procédure de mesure non intrusive qui peut être effectuée lorsque la machine fonctionne dans des conditions normales de fonctionnement.
Les vibrations sont simplement une onde sonore et chaque composant d´une machine a un son (ou une fréquence) unique qui n´est pas détectable par l´oreille humaine. Les capteurs ont la capacité de les détecter.
L´amplitude des vibrations dépend de la magnitude de la force d´excitation, de la masse et de la rigidité du système et de son amortissement. Un certain niveau de vibration est normal dans les machines. Les sources de vibration incluent notamment les tolérances mécaniques, la rigidité structurelle, la conception des roulements, les conditions de charge et de lubrification, le montage de la machine, ainsi que les interactions par roulage ou frottement entre éléments mobiles.
5 types d´outils de mesure vibratoire
Les outils de mesure vibratoire ci-après sont couramment utilisés par les spécialistes de la fiabilité pour lancer un programme de maintenance prédictive (MP) ou de suivi d´état à distance.
1. Outils portables de mesure vibratoire
Utilisation optimale :
Un outil de mesure vibratoire portable tel que le testeur de vibrations Fluke 805 FC est idéal lorsque vous avez besoin d´un appareil extrêmement fiable capable de fournir des relevés de vibrations globales répétables. Contrairement à un stylo, le Fluke 805 mesure également des variables spécifiques, notamment l´état du roulement et la température.
L´échelle de gravité est facile à comprendre et affiche des textes simples (Bon, Satisfaisant, Non satisfaisant, Non acceptable) pour indiquer l´état du roulement et le niveau global de vibration. L´appareil de mesure vibratoire lit une large gamme de fréquences, et les données sont accessibles depuis n´importe quel appareil intelligent, tel qu´un ordinateur portable ou un téléphone mobile.
2. Testeurs de vibrations portables
Utilisation optimale :
Un testeur de vibrations portable est une excellente option lorsqu´un technicien peut accéder facilement et en toute sécurité aux machines critiques. Et bien que les testeurs de vibrations portables et les analyseurs de vibrations puissent capturer les données de vibrations et diagnostiquer les défauts des machines, ils ont des capacités différentes.
Le testeur de vibrations Fluke 810 utilise un moteur d´analyse pour diagnostiquer les problèmes de la machine et fournit une analyse vibratoire sur site sur un seul écran. Il capture une fenêtre de données étroite.
Analyseurs de vibrations portables
Comme les testeurs de vibrations, un analyseur de vibrations portable peut fournir aux utilisateurs des informations immédiates sur l´état des machines, y compris les moteurs, les ventilateurs et les souffleurs. Les deux permettent d´identifier les quatre défauts les plus fréquemment rencontrés : déséquilibre, désalignement, relâchement structurel et détérioration des roulements. Ils peuvent également vous indiquer l´emplacement et la gravité du défaut.
Toutefois, contrairement aux testeurs de vibrations, un analyseur de vibrations portable tel que le VIBXpert II de Prüftechnik peut collecter presque tous les types de données de mesure vibratoire. Ces outils de mesure vibratoire peuvent également aider les équipes à corriger le déséquilibre de la machine et à se connecter à plusieurs types de capteurs. Cependant, en raison de leur sophistication, les analyseurs de vibrations ont souvent besoin d´un expert pour interpréter les données détaillées.
4. Capteur d´analyse vibratoire sans fil
Utilisation optimale :
Un capteur d´analyse vibratoire sans fil est préférable si votre entreprise possède des dizaines de machines critiques. Lorsqu´un actif critique tombe en panne, il peut arrêter la production et même endommager d´autres machines. Ces capteurs sophistiqués vous alertent bien à l´avance des défauts potentiels de la machine, notamment en indiquant la gravité du problème, afin que vous puissiez agir pour éviter les pannes.
A quoi sert un capteur d´analyse vibratoire sans fil ?
Les capteurs de vibrations sans fil tels que le capteur d´analyse vibratoire Fluke 3563 suivent les performances des machines et capturent des données détaillées avec un puissant capteur piézo. Les données fournissent aux professionnels de la fiabilité des informations sur les problèmes de machines critiques pour la production. Les résultats rapides donnent aux équipes de maintenance suffisamment de temps pour prendre des décisions éclairées avant que les machines ne tombent en panne.
5. Système filaire de surveillance des vibrations
Utilisation optimale :
Un système filaire de surveillance des vibrations est idéal pour le suivi de l´état des machines critiques pour la production. Par exemple, le VIBGUARD IIoT de Prüftechnik peut surveiller des turbogénérateurs, des machines à papier, des broches haute vitesse ou encore des machines à entraînement multiple. Ces outils avancés de mesure vibratoire fournissent une analyse complète des vibrations pour les machines complexes.
A quoi sert un système filaire de surveillance des vibrations ?
Un système filaire de surveillance des vibrations capture de grandes quantités de données de mesure vibratoire haute résolution. Il permet l´analyse des vibrations pour une large gamme de défauts de machines, de résonances, de processus et de structures, et permet une maintenance prédictive.
Conseils utiles pour choisir un outil de mesure vibratoire
- Commencez par identifier les problèmes de machines que vous cherchez à résoudre et les raisons qui les rendent prioritaires. Analysez ensuite vos problèmes de maintenance les plus coûteux. Laquelle de vos machines tombe en panne le plus souvent, quelles sont les causes des problèmes et quel est leur impact sur la production ?
- Profitez des offres d´un fabricant. Un essai permet à votre entreprise de tester un outil de mesure vibratoire avant de l´acheter. En fonction du fournisseur, l´entreprise bénéficie également d´une assistance spécialisée pour garantir une configuration et une réussite du pilote adéquates. Par exemple, Fluke Reliability propose une formation complète et des services de suivi de l´état à distance.
- Réalisez une analyse de criticité des actifs (ACA) afin de garantir que vos mesures vibratoires ciblent les machines réellement prioritaires. Une évaluation de la criticité des actifs utilise les données pour identifier avec précision la valeur métier réelle de vos actifs les plus essentiels. Les parties prenantes appliquent des critères définis en commun pour évaluer et classer les actifs, puis les répartir en catégories : critiques, semi-critiques et moins critiques pour la production.
La mesure vibratoire est essentielle à tout programme de maintenance. Les vibrations sont les « pulsations » de vos machines ; elles vous donnent des informations précieuses sur l´état et les performances des actifs. Heureusement, vous n´avez pas besoin d´être spécialiste des mesures vibratoires pour tirer parti de la surveillance et de l´analyse des vibrations pour votre équipement. Nous expliquons ici comment fonctionne la mesure vibratoire, pourquoi elle est importante et comment elle peut préserver l´état et augmenter la durée de vie de vos actifs.
Pourquoi la mesure vibratoire est importante
Lorsque l´équipement industriel est en marche, un certain niveau de vibrations est normal. Lorsque le profil de vibration d´une machine change, il peut signaler des défauts existants ou potentiels. Des vibrations excessives, irrégulières ou anormales sont souvent le premier signe d´un problème sur vos machines. Si vous ne prenez pas en compte ces problèmes sous-jacents, ils peuvent s´aggraver jusqu´à provoquer une panne de la machine. En outre, des vibrations incontrôlées peuvent endommager davantage votre équipement.
Grâce aux progrès des technologies de l´Internet des objets industriel (IIoT), le secteur est passé de la maintenance préventive à des stratégies de maintenance conditionnelle et prédictive. Ils exploitent les données d´état des actifs en temps réel pour optimiser les calendriers de maintenance et éviter les temps d´arrêt non planifiés.
Un outil de mesure vibratoire collecte les données d´état des machines. Les données de ces appareils peuvent être utilisées pour diagnostiquer des problèmes tels que des roulements usés, un désalignement, etc., afin de pouvoir les résoudre avant qu´ils n´entraînent des pannes et des temps d´arrêt. La surveillance des vibrations peut identifier les premiers signes d´usure des machines et servir d´indicateur performant de l´état et des performances de la machine.
Instruments de mesure vibratoire
Il existe une grande variété d´instruments qui peuvent être utilisés pour capturer les vibrations des machines, la plupart d´entre eux mesurant les variations dans l´accélération. C´est ce que l´on appelle un accéléromètre, et c´est l´une des technologies les plus efficaces pour surveiller et analyser les vibrations de la machine, à long terme et en temps réel. Les vibrations peuvent être mesurées à la fois par des appareils portables utilisés par le personnel de maintenance et par des capteurs fixés sur les composants de la machine.
Appareils de mesure de vibrations et testeurs de vibrations portables
Les appareils de mesure de vibrations portables et les testeurs de vibrations portables peuvent être utilisés pour collecter manuellement des données à un moment donné, par exemple, lors d´une maintenance basée sur des rondes. Ces appareils permettent d´obtenir des relevés précis et fiables, qui peuvent être utilisés pour diagnostiquer les problèmes et guider votre programme de maintenance.
Les analyseurs de vibrations portables peuvent être un outil de diagnostic efficace, mais ils ont leurs limites. Ils capturent les niveaux de vibrations à un moment précis dans le temps. En outre, la mesure dépend de l´action humaine : un technicien doit aller jusqu´à la machine, prendre une mesure, enregistrer cette mesure, etc.
Capteurs de vibrations
Des capteurs de vibrations peuvent être installés sur des points critiques d´une machine pour surveiller les profils de vibrations en temps réel, 24 heures sur 24. Cela offre de nombreux avantages. Par exemple, la surveillance continue signifie que vous disposez de plus de données sur les performances de votre machine et son état au fil du temps.
La surveillance en temps réel vous permet également d´être immédiatement alerté d´un problème lorsque vous avez encore le temps de protéger la machine contre d´autres dommages. Il existe des capteurs de vibrations filaires et sans fil.
Types de capteurs de vibrations
Aujourd´hui, la grande majorité des capteurs de vibrations sont des accéléromètres, ce qui signifie que les capteurs mesurent l´accélération. Les capteurs MEMS et piézoélectriques sont deux des types d´accéléromètres les plus courants utilisés pour mesurer les vibrations des machines.
Les capteurs de vibrations MEMS sont particulièrement adaptés aux plages de fréquence de 0 à 1 000 Hz. Cette plage de fréquences est généralement utilisée pour identifier un déséquilibre, un désalignement et un desserrage. Les capteurs MEMS sont économiques et offrent une longue durée de vie de la batterie, ce qui les rend idéaux pour les programmes de surveillance des vibrations à grande échelle.
Les capteurs de vibrations piézoélectriques sont particulièrement adaptés aux plages de fréquences supérieures à 1 000 Hz, y compris pour la surveillance des roulements, des compresseurs et des boîtes de vitesses. Ces capteurs peuvent être utilisés pour identifier les problèmes d´engrenages et de barres de moteur, par exemple.
Qu´est-ce que la vibration ?
Les vibrations décrivent un processus d´oscillation, ou déplacement d´avant en arrière, autour d´un centre stable. Lorsque vous frappez un diapason, il se met à vibrer. Les outils motorisés vibrent également lorsqu´ils sont utilisés.
Aucun actif ne vibre exactement de la même manière. Des facteurs tels que la taille, la rigidité, l´apport d´énergie et l´accouplement ont un impact sur la fréquence et l´amplitude des niveaux de vibrations d´un actif. Les facteurs environnementaux tels que la chaleur ont également un impact sur les vibrations.
Pourquoi cela est-il important ? Parce que les niveaux de vibrations sont un excellent indicateur pour suivre l´évolution de l´état des actifs.
Chaque machine rotative possède sa propre « signature » vibratoire, ou profil de référence. Lorsque ce profil change, il y a de fortes chances que la machine présente un problème. Même de petites variations des niveaux de vibrations peuvent entraîner de nouveaux problèmes, tels qu´un désalignement, des défauts de roulement, un déséquilibre ou un arbre tordu.
Plus vite vous identifiez ces problèmes, plus vite votre équipe peut les résoudre. Mais s´ils ne sont pas résolus, ils peuvent entraîner de graves défauts susceptibles d´arrêter vos machines. En d´autres termes, le fait de prêter attention aux niveaux de vibrations peut vous faire gagner du temps, des ressources et de la main-d´œuvre.
Comment les vibrations sont-elles mesurées ?
Les techniciens disposent d´une vaste gamme d´outils qu´ils peuvent utiliser pour mesurer les vibrations, des testeurs de vibrations portables aux capteurs de vibrations sans fil. En fonction de vos besoins, les techniciens peuvent prendre des mesures vibratoires dans le cadre d´une inspection basée sur des rondes ou collecter des données en continu.
La plupart des mesures vibratoires sont effectuées à l´aide d´un accéléromètre, un outil qui mesure les chocs et les vibrations émis par les actifs et les composants. De nombreux accéléromètres, y compris la plupart des capteurs sans fil, utilisent la technologie piézoélectrique, qui convertit les vibrations physiques en signaux électriques.
Les capteurs de vibrations sans fil peuvent collecter en permanence des données vibratoires, ce qui signifie que vous pouvez voir exactement les performances de vos actifs pendant leur fonctionnement. Vous pouvez également exploiter ces données en les envoyant à un système informatisé de gestion de la maintenance (CMSS) pour mieux comprendre l´état des actifs et faciliter la planification de la maintenance.
Un bon CMSS stockera également vos données vibratoires, afin qu´elles soient faciles d´accès, où que vous soyez et à tout moment. Cela vous aide à prendre des décisions éclairées concernant la planification des réparations, la commande de pièces ou l´achat de nouveaux équipements.
Quelle est l´unité de mesure des vibrations ?
Il existe plusieurs façons de mesurer les niveaux de vibrations. Chaque méthode utilise ses propres unités de mesure. La plupart des installations utilisent plusieurs méthodes de mesure vibratoire. Il est donc conseillé de se familiariser avec quelques approches.
Les vibrations peuvent être mesurées par fréquence, vitesse, accélération et déplacement. En résumé :
- La fréquence quantifie le nombre d´oscillations complètes, ou cycles, qu´un objet en vibration effectue par seconde. La fréquence est mesurée en Hertz (Hz).
- Le déplacement mesure la distance à laquelle un objet vibrant se déplace par rapport à sa position centrale fixe. Un niveau de déplacement plus élevé indique une vibration plus importante, ce qui signifie que le mouvement est plus prononcé. Le déplacement est généralement mesuré en mètres (m) ou en millimètres (mm).
- La vitesse quantifie la variation du déplacement dans le temps. L´unité de base est le millimètre par seconde (mm/s).
- L´accélération mesure les changements de vitesse dans le temps. En fonction des niveaux vibratoires, l´accélération peut être mesurée en m/s2 ou mm/s2.
Quels sont les trois paramètres les plus importants utilisés pour mesurer les vibrations ?
En général, les techniciens considèrent trois paramètres lorsqu´ils mesurent les niveaux vibratoires : fréquence, déplacement (ou amplitude) et accélération. En bref, ces paramètres mesurent la taille et l´intensité des niveaux vibratoires. Ensemble, ils peuvent aider les équipes à identifier la cause première des vibrations, à déterminer sa gravité et à définir les priorités de maintenance.
Par exemple, l´analyse des variations des niveaux de déplacement peut aider les équipes à déterminer si une machine est déséquilibrée. L´analyse fréquentielle permet ensuite d´identifier précisément quel composant est à l´origine de l´augmentation des vibrations globales. En fin de compte, une approche multidimensionnelle de l´analyse des vibrations vous fait gagner du temps et de l´argent.
Comment les techniciens mesurent-ils la fréquence des vibrations ?
La plupart des capteurs de vibrations utilisés aujourd´hui sont des accéléromètres, qui mesurent l´accélération. Les capteurs de vibrations MEMS sont conçus pour mesurer les niveaux vibratoires pour les plages de fréquence de 0 à 1 000 Hz. Les capteurs de vibrations piézoélectriques sont idéaux pour les plages de fréquence supérieures à 1 000 Hz.
Les techniciens peuvent également choisir de décomposer ces signaux de vibration en composants de fréquence individuels. Le graphique qui en résulte est appelé spectrogramme de fréquence et peut offrir aux équipes un aperçu précieux du composant qui entraîne l´augmentation des niveaux vibratoires. Un bon capteur de vibrations est aussi capable de réaliser une analyse FFT (transformation de Fourier rapide), qui permet de décomposer le signal vibratoire dans un spectrogramme de fréquence.
Il existe de nombreuses façons de mesurer les niveaux de vibrations. Et lorsqu´elle est correctement effectuée, la mesure vibratoire peut révéler une mine d´informations exploitables sur l´état de la machine. Une analyse efficace des vibrations peut vous aider à anticiper les problèmes graves, à maintenir votre installation en bon état de fonctionnement et à augmenter considérablement votre productivité.
Pour plus d´informations, consultez notre Guide des capteurs de vibrations pour moteurs.