Real-time multi-features dynamic classification for bearing monitoring by vibrations analysis

La naissance d’un défaut dans un système mécanique se traduit le plus souvent par un changement de comportement vibratoire dans le domaine spectral et temporel. La détection de défaut par l’analyse vibratoire se base sur la surveillance continue du comportement d’un composant en examinant l’évolution des indicateurs de défaut en temps réel. L’analyse de l’évolution de ces indicateurs par la méthode de classification dynamique permet une détection précoce et fiable de défaut et un suivi continu de l’état de dégradation du composant. La classification dynamique des indicateurs en des classes dynamiques peut fournir des informations utiles quant au comportement des roulements endommagés. Ces informations peuvent être également employées pour prédire la fin de vie de composants. Contrairement à la classification statique, la classification dynamique introduit une nouvelle dimension (le temps) qui permet une détection en temps réel de défaut et une meilleure visibilité du comportement de roulement révélée par le déplacement et l’évolution temporelle des classes formées par les indicateurs. Ce papier a pour objectif d’introduire la classification dynamique comme outil de détection et de suivi d’état d’endommagement. Cette méthode de classification regroupe les indicateurs en deux classes dynamiques ; une classe représente l’état sain du roulement, et une classe représente l’état défectueux du roulement défaut. Le suivi de l’évolution de la classe « défaut» permet de tirer plusieurs informations utiles, comme la vitesse de dégradation, la relation entre la trajectoire de la classe défaut et le changement des conditions de charge ... La méthode de classification dynamique choisie sera validée en analysant plusieurs dégradations de roulements issus d'un banc de fatigue de roulements à butées à billes SNR51207

Modélisation 2D des membres inférieurs et comportement modale face aux paramètres biomécaniques (S10)

La course à pied est le siège de chocs répétés pouvant atteindre une amplitude supérieure à 20G lors du contact pied-sol. Cette phase de contact génère une réponse vibratoire du corps humain dont l'analyse pourrait aider à expliquer certains troubles physiques ou physiologiques. Ce papier est une première étape en vue de cette compréhension. Il propose une modélisation 2D du membre inférieur dont la réponse modale sera étudiée suivant l'angle du genou. Après la réalisation d'un test de robustesse sur les paramètres du modèle, une discussion des résultats par rapport à des résultats expérimentaux issus de la littérature seront présentées

Analyse modale opérationnelle du couple vélo-cycliste (S10)

A l'heure actuelle, le confort du cycliste est devenu primordial, surtout quand on sait que certains cyclistes peuvent parfois passer plus de 6 heures sur leur vélo lors de certaines courses ou encore accumuler plus de 3000km lors de grands tours. Les travaux de Chiementin estiment une durée limite d'exposition de 7 minutes avant d'engendrer des effets délétères sur route pavée. L'objectif du travail est ici d'étudier le comportement dynamique du vélo, de manière à mettre en avant les différents paramètres qui peuvent éventuellement influencer le confort du cycliste. Cette étude du comportement dynamique est réalisée par la mise en place d'une analyse modale opérationnelle

Validité d'une centrale inertielle pour la mesure de signaux vibratoires durant une activité de course à pied (S10)

L'Homme est régulièrement soumis à des vibrations extérieures : dans le monde du travail, comme dans la vie de tous les jours. L'impact de ces vibrations sur la santé, mais aussi sur la performance, est aujourd'hui un sujet très préoccupant. Cependant, la notion de mesure de la vibration n'est pas toujours maîtrisée lors de certaines activités qui présentent des contraintes particulières. Cette étude se concentre sur la mesure de la réponse dynamique du corps humain durant une activité de course à pied

Intelligent Online Monitoring of Rolling Bearing: Diagnosis and Prognosis

This paper suggests a new method to predict the Remaining Useful Life (RUL) of rolling bearings based on Long Short Term Memory (LSTM), in order to obtain the degradation condition of the rolling bearings and realize the predictive maintenance. The approach is divided into three parts: the first part is the clustering to detect the damage state by the density-based spatial clustering of applications with noise. The second one is the health indicator construction which could give a better reflection of the bearing degradation tendency and is selected as the input for the prediction model. In the third part of the RUL prediction, the LSTM approach is employed to improve the accuracy of the prediction. The rationale of this work is to combine the two methods—the density-based spatial clustering of applications with noise and LSTM—to identify the abnormal state in rolling bearings, then estimate the RUL. The suggested method is confirmed by experimental data of bearing life cycle, and the RUL prediction results of the model LSTM are compared with the nonlinear au-regressive model with exogenous input model. In addition, the constructed health indicator is compared with the spectral kurtosis feature. The results demonstrated that the suggested method is more appropriate than the nonlinear au-regressive model with exogenous input model for the prediction of bearing RUL

Dynamic classification method of fault indicators for bearings’ monitoring

This paper introduces a dynamic classification method inspired by DBSCAN clustering method for machine condition monitoring in general and for bearings in particular. This method has been developed for two purposes; first to monitor the health condition of a bearing in real time and second to study the behavior of defected rolling element bearing. To fulfill those purposes, the temporal indicator RMS (Root Mean Square) has been chosen as an indicator of the bearing health condition; this indicator has been computed from signals extracted from an experimental bench by two piezoelectric sensors placed radially and axially. The decision upon the right classification method was taken after a comparative study between two classical of the clustering methods (K-means and Density Based Spatial Clustering of Applications with Noise DBSCAN), which led to the conclusion that DBSCAN is more adapted to vibratory signals. DBSCAN was re-adapted to follow any changing in bearings behavior

Designing a High-Precision AC Current Source to Measure the nm-Scale Displacements in Mechanical Systems

Measuring the dynamics of a continuously moving target, at the nanoscale level, such as of a bearing raceway or any other vibrating element, requires a contactless measurement. A mission that can be easily carried out by a capacitive probe. The current flowing through the sensor has to remain constant regardless of the changes in the sensors’ output impedance. In this manner, the voltage across the probe is proportional to the distance between the probe and the target. However, the high impedance of the probe cannot be disregarded in comparison to the output impedance of the Howland source. To overcome this problem, we designed a voltage-controlled AC current source (VCCS). The new design consists of implementing two nested loops and uses two cascaded controllers, a fast but imprecise internal control loop tuned by a slow but precise outer control loop in order to obtain a high-precision AC output current. The performance of this device has been compared with the improved quad op-amp current source (IQOA). The results obtained during the numerical validation confirm the relevance of this device

Intra and Inter Test Repeatability of Accelerometric Indicators Measured While Running

Recently the use of Inertial Measurement Units (IMU's) has been extended to several applications in human activity. In running, several studies show the possibility of using IMU's to measure different indicators of speed and foot strike. However, few studies describe the repeatability of those indicators. In this context, the aim of this study is to analyse the intra and inter test repeatability of several temporal and spectral indicators using an IMU under constant running conditions. Accelerations were measured using three IMU's mounted on the trunk near the lumbar, the right tibia and the dorsal surface of the right shoe above the metatarsals. The subject follows two different protocols to realize the intra test and the inter test repeatability of eight different parameters: root mean square (RMS) values of acceleration, kurtosis, total energy, median frequency, mechanical stiffness, mean stride duration, contact and flying duration. For all parameters the mean, standard deviation and coefficient of variation were computed for each set of test. The coefficient of variation was lower than 5% for both test for all parameters except kurtosis and the median frequency. Parameters with acceptable value at constant conditions of surface and speed can be used as an indicator to compare several conditions, such as the influence of speed, surface or anthropometry of the subjects.Recientemente, el uso de unidades de medida inercial (IMU) se ha extendido a varias aplicaciones en la actividad humana. En carrera, varios estudios muestran la posibilidad de utilizar IMU para medir diferentes indicadores de velocidad y pisada. Sin embargo, pocos estudios describen la repetibilidad de esos indicadores. En este contexto, el objetivo de este estudio es analizar la repetibilidad intra e interensayos de varios indicadores temporales y espectrales utilizando una IMU en condiciones de funcionamiento constante. Las aceleraciones se midieron utilizando tres IMU montadas en el tronco cerca de la zona lumbar, la tibia derecha y la superficie dorsal del zapato derecho por encima de los metatarsianos. El sujeto sigue dos protocolos diferentes para realizar la repetibilidad intraprueba y entre pruebas de ocho parámetros diferentes: valores de la raíz cuadrada media (RMS) de aceleración, curtosis, energía total, frecuencia media, rigidez mecánica, duración media de la zancada, duración del contacto y del vuelo. Para todos los parámetros, se calcularon la media, la desviación estándar y el coeficiente de variación para cada conjunto de pruebas. El coeficiente de variación fue inferior al 5% para ambas pruebas para todos los parámetros excepto la curtosis y la frecuencia media. Los parámetros con valor aceptable en condiciones constantes de superficie y velocidad se pueden utilizar como indicador para comparar varias condiciones, como la influencia de la velocidad, superficie o antropometría de los sujetos. El coeficiente de variación fue inferior al 5% para ambas pruebas para todos los parámetros excepto la curtosis y la frecuencia media. Los parámetros con valor aceptable en condiciones constantes de superficie y velocidad se pueden utilizar como indicador para comparar varias condiciones, como la influencia de la velocidad, superficie o antropometría de los sujetos. El coeficiente de variación fue inferior al 5% para ambas pruebas para todos los parámetros excepto la curtosis y la frecuencia media. Los parámetros con valor aceptable en condiciones constantes de superficie y velocidad se pueden utilizar como indicador para comparar varias condiciones, como la influencia de la velocidad, superficie o antropometría de los sujetos

Online classification for spalling detection and vibratory behavior monitoring

Vibration analysis is the most widely used tool in industrial application for machine’s health condition assessment. Bearings, however, are very sensitive and require special attention. Vibration analysis employs various signal processing methods such as spectral analysis, time-scale, time frequency analysis, etc. these methods are used to analyze bearings’ vibratory behavior by monitoring the evolution of statistical indicators.However, diagnosing the bearing depending on traditional features only isn’t sufficient to assure effective or reliable assessment of the component’ health condition. This paper proposes a multi-features online dynamic classification as a new method for fault detection and health condition monitoring for bearings; this technique uses multiple features, including traditional features extracted from the raw signal, two special features extracted by wavelet analysis, the spectral kurtosis, coupled with a nonlinear principal component analysis and a dynamic classification to capitalize on the hidden information in the time evolution of the features.Through this article, we introduce different measures and techniques used to characterize the health state of rolling, then we deploy a methodology using dynamic classification to detect early defect. To ensure an almost continuous surveillance, this methodology is based on a real-time analysis, and uses specific statistical indicators adapted to the experimental bench. Then, the monitoring of the degradation is achieved through the resulting class of the state of degradation. New parameters such as the speed of the class, the position of the class, the shape of the class will be discussed to inform the state of damage. The suggested methodology is validated by analyzing several fatigue tests from a fatigue bench bearing thrust ball referenced SNR51207

RISQUES PHYSIQUES ASSOCIES AUX VIBRATIONS CHEZ LE CYCLISTE

Les vibrations, présentes dans le sport et l'industrie, produisent dans le corps humain des effets positifs ou néfastes dans les différentes parties du corps humain. Les études réalisées sur les vibrations absorbées par le corps humain évaluent de façon expérimentale et numérique la dose de vibration reçue par le corps humain via le système main bras dans différentes activités et différentes positions statiques. En industrie et dans les transports en commun, ces doses de vibrations sont mesurées et évaluées en s'appuyant sur des normes et directives. Cependant, le milieu sportif n'est pas assujetti à ce type d'évaluation. L'étude développée dans ce projet consiste au couplage des vibrations et du mouvement dans le sport par l'emploi des modèles poly-articulées. Pour réaliser cette analyse on doit tenir compte de deux types d'influence : celle du mouvement dans la vibration, parce que différentes postures produisent différentes valeurs de transmissibilité ; et celle de la vibration dans le mouvement parce qu'elle représente un mouvement additionnel. Dans un premier temps, la recherche a été centrée sur l'étude de transmissions de vibrations pour le cyclisme. Un banc d'essai a été dédié pour cette étude. Il est équipé d'une plateforme vibratoire FITVIB 600 qui permet une excitation sinusoïdale entre 20Hz et 60 Hz, les signaux sont collectés par un système d'acquisition OROS OR 35 avec une fréquence d'échantillonnage de 2560Hz. Des accéléromètres tri axes sont placés sur les différents points d'entrées de la vibration (potence, selle et pédales). De ces points, les transmissibilités des vibrations des vibrations sont évaluées avec deux points d'excitation (roue avant et roue arrière). Ces fonctions de transmissibilité ont été modélisées avec un modèle mécanique équivalent composé de plusieurs systèmes masseressort-amortisseur en parallèle. Les paramètres de ce modèle sont déterminés par un recalage basé sur la méthode des Simplex. Dans un deuxième temps, les perspectives consistent à modéliser les doses de vibrations aux niveaux des points d'entrée, cela permettra d'étudier la vibration absorbée par le système main-bras, par les membres inférieurs et par la colonne vertébrale. Ensuite ces doses seront comparées par rapport aux normes existantes. Dans le cas des membres inférieurs, vu qu'ils ont un mouvement périodique lors du pédalage qui change la transmission des vibrations, nous envisageons de faire une analyse de la transmissibilité pendant le cycle de pédalage pour obtenir une fonction de transmissibilité en fonction de la fréquence et de l'angle de pédalage