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ans le domaine des machines tournantes, la carac-
térisation du comportement dynamique, son suivi et son
contrôle tout au long de leur cycle de vie sont de nos jours
fondamentaux et requièrent des techniques de mesure
fiables et pertinentes, des estimations de composantes
fréquentielles indépendantes des conditions de fonction-
nement, en particulier de la vitesse de rotation [2,4,5,14].
Dans le cas de machines tournantes présentant des
géométries discrètes comme les transmissions de puis-
sance synchrones (par engrenages, par chaînes ou par
courroies crantées), les turbines de pompes, les turbo-
réacteurs, cette caractérisation harmonique de l’excita-
tion est particulièrement importante puisqu’elle représente
des sources potentielles de dégradations [6].
Traditionnellement, l’acquisition des signaux est réalisée
par un échantillonnage temporel, cadencée par une horloge
à fréquence fixe. Dans le cas des machines tournantes,
cette acquisition temporelle peut être améliorée en asser-
vissant la fréquence de l’horloge à l’aide d’une synchroni-
sation réactualisée par un top-tour. Cet asservissement
n’est généralement pas suffisant et de nombreux auteurs
cherchent à reconstruire l’évolution de la vitesse instan-
tanée au cours du temps en suivant une fréquence parti-
culière contenue dans le signal [1,15]. À l’inverse, dans
le cas d’un échantillonnage angulaire, l’acquisition des
signaux s’affranchit intrinsèquement des fluctuations de
vitesse et il est alors possible de comparer de manière
exacte les niveaux de différents harmoniques pour diffé-
rentes conditions de vitesse [10,13].
Dans cet article, la mesure de déphasage angulaire, basée
sur l’utilisation de codeurs optiques, est tout d’abord présen-
tée en détail dans le cas de l’Erreur de Transmission sur
des transmissions par engrenages [3,9]. Elle s’appuie sur
l’association d’un principe de mesure original par comp-
tage et de l’échantillonnage angulaire intrinsèque offert
par les codeurs. Les apports de cette association sont
ensuite présentés à partir de résultats expérimentaux. La
détection de défauts d’engrenages ou de roulements est
la déclinaison majeure des avantages répertoriés de ce
principe de mesure. Enfin, une dernière partie développe
les applications marquantes dans le domaine des machi-
nes tournantes et des transmissions synchrones et asyn-
chrones qui ont pu être conduites jusqu’alors, démontrant
la finesse de la caractérisation de l’excitation. L’ensemble
des résultats obtenus s’appuie sur un matériel expérimental
important qui sera décrit plus précisément en annexe.
Mesure haute précision de vitesse angulaire
instantanée pour la surveillance et la caractérisation
d’excitation en machine tournante
Didier Rémond, Laurence Renaudin
Université de Lyon
UMR CNRS 5259
INSA-Lyon
LaMCoS
Bâtiment Jean d’Alembert
18/20, rue des sciences
69621 Villeurbanne CEDEX
E-mail : didier.remond@insa- lyon.fr
D
Résumé
Cet article présente l’ensemble des travaux expérimentaux de caractérisation de sources
d’excitation dans les machines tournantes, réalisés à l’aide d’une mesure de position,
de vitesse ou de déphasage angulaire utilisant des codeurs optiques ou magnétiques.
Son principal objectif est de mettre en évidence les performances atteintes par le biais
de traitements élémentaires du signal, mais qui s’avèrent être directement utilisables
pour la caractérisation des excitations des machines tournantes.
Le principe de mesure utilisé reconstruit avec précision la position ou la vitesse
angulaire instantanée d’une extrémité d’un arbre tournant à l’aide d’un codeur optique.
Il est également possible de reconstruire un déphasage angulaire entre deux extrémités
d’un arbre tournant (on accède alors aux vibrations de torsion de l’arbre) ou entre
arbres tournants pour mesure l’Erreur de Transmission dans le cas des transmissions
de puissance. Cette mesure est basée sur un échantillonnage angulaire et une mesure
temporelle par comptage. La formalisation claire de cette approche met en évidence
des avantages énormes pour la caractérisation des phénomènes dans le domaine
des machines tournantes. Plus particulièrement, cette mesure s’affranchit des effets
des fluctuations de vitesse, localise précisément des événements périodiques et
estime systématiquement correctement les niveaux des composantes fréquentielles
harmoniques à la rotation des arbres. La mesure temporelle par comptage autorise
également la mesure de très faibles fluctuations de vitesse de rotation, autorisant
par exemple la détection de défauts d’écaillage précoces sur un roulement.
Dans les différentes applications, l’utilisation de codeurs industriels à arbre creux
a montré la pertinence de l’approche sur des bancs d’essais, laissant entrevoir
une industrialisation aisée de cette technique de mesure. En effet, les roulements
intègrent maintenant cette fonction de «codeur magnétique» ouvrant de nouvelles
perspectives avec une intégration forte au cœur de la machine, à l’interface entre
les pièces tournantes excitatrices et les parties fixes émettrices.