Analyseurs de vibration et diagnostic machines

Les analyseurs de vibration et les instruments de diagnostic des machines sont des appareils évolués qui réunissent l’acquisition de données, l’analyse spectrale FFT en temps réel, l’équilibrage dynamique sur site, l’analyse modale et la gestion de l’historique des mesures, au service de la maintenance prédictive et du diagnostic avancé des machines tournantes et des organes mécaniques. À la différence des simples vibromètres portatifs, qui fournissent des grandeurs globales (RMS, crête), les analyseurs spectraux identifient les composantes précises du spectre vibratoire et les rapprochent des fréquences caractéristiques des défauts de roulements, des balourds, des désalignements, des défauts d’engrenages et de la cavitation des pompes.

Analyse FFT

L’analyseur effectue une transformée FFT (Fast Fourier Transform) du signal vibratoire temporel et le convertit en spectre de fréquences. La résolution spectrale dépend du nombre de lignes FFT (généralement 400, 800, 1600 ou 3200 lignes) et de la bande d’analyse (jusqu’à 10-25 kHz pour les analyseurs industriels). Le spectre affiché met en évidence les pics de vibration aux différentes fréquences ; l’opérateur (ou un logiciel expert) y identifie les fréquences caractéristiques de défauts précis : 1× RPM pour les balourds, 2× RPM pour les désalignements, fréquences de roulements calculées à partir de la géométrie, fréquences d’engrènement GMF, fréquences de pales pour les ventilateurs (nombre de pales × RPM). Le diagnostic repose sur la comparaison entre le spectre mesuré et des spectres de référence de « machine saine ».

Équilibrage dynamique

Une fonction évoluée de ces analyseurs est l’équilibrage dynamique sur site (in-place balancing) : à partir de la mesure de l’amplitude et de la phase de la vibration à 1× RPM, l’instrument calcule la position et la valeur des masses de correction à poser sur le rotor pour ramener le balourd sous des seuils acceptables (ISO 1940-1, qualité G = 1, 2,5 ou 6,3 selon le type de machine). L’équilibrage peut s’effectuer sur 1, 2 plans ou davantage, sur des rotors rigides ou flexibles. La procédure comporte des mesures préliminaires, la pose d’une masse d’essai, des mesures d’influence et le calcul de la masse de correction. Les applications typiques sont les ventilateurs industriels, les arbres de transmission, les moteurs électriques, les broches et les organes tournants en général.

Analyse avancée des roulements

Le diagnostic précoce des défauts de roulements est l’une des applications les plus répandues du diagnostic vibratoire. Les fréquences caractéristiques des roulements (BPFO – Ball Pass Frequency Outer, BPFI – Ball Pass Frequency Inner, BSF – Ball Spin Frequency, FTF – Fundamental Train Frequency) se calculent à partir de la géométrie du roulement (diamètre de piste, diamètre des billes, nombre de billes, angle de contact) et de la vitesse de rotation. L’apparition de pics à ces fréquences signale des défauts localisés sur la bague extérieure, la bague intérieure, les billes ou la cage. Les fonctions d’analyse d’enveloppe (envelope) ou de démodulation haute fréquence sont particulièrement efficaces pour détecter les défauts naissants.

Logiciel et gestion des données

Le logiciel dédié d’analyse vibratoire gère : les rondes programmées du collecteur de données (séquences de points de mesure sur toutes les machines de l’usine, à parcourir à intervalle fixe) ; une base de données historique des mesures pour l’analyse de tendance ; des algorithmes de diagnostic automatique (intelligence artificielle pour l’identification de signatures de défaut) ; des rapports automatiques d’état des machines assortis de priorités d’intervention ; des alertes en cas de dépassement de seuils critiques ; l’intégration à une GMAO (Computerized Maintenance Management System) pour la planification automatique des interventions ; l’informatique en nuage pour l’accès à distance et la gestion de sites répartis.

Normes de référence

Les normes principales sont : ISO 10816 (severity, parties 1 à 7) ; ISO 13373 (condition-based maintenance through vibration) ; ISO 18436 (qualification du personnel en analyse vibratoire, niveaux 1 à 4 – de plus en plus exigée par les industries structurées) ; ISO 7919 (arbres tournants) ; ISO 1940-1 (qualité d’équilibrage des rotors rigides) ; CEI 60034 (moteurs électriques). L’étalonnage des analyseurs s’effectue avec des pots vibrants étalonnés et des générateurs de signaux de précision, certifiés ISO 17025.

Critères de choix

Le choix de l’analyseur de vibration tient compte de : la capacité FFT (nombre de lignes, bande d’analyse) ; les fonctions évoluées (équilibrage, analyse d’enveloppe, suivi d’ordres pour les machines à vitesse variable) ; l’ergonomie d’usage sur le terrain (interface, autonomie de la batterie) ; l’intégration au logiciel de GMAO de l’entreprise ; la conformité aux normes ISO ; le service de formation du fournisseur (qualification du personnel en analyse vibratoire) ; l’investissement que représentent des programmes structurés de maintenance prédictive.