Lagerschade automatisch herkennen in trillingsmetingen

Handmatige analyse van trillingsmetingen

GWOC gebruikt de WABI-WABI om geautomatiseerd te testen en te meten aan rollen, met als doel lagerdefecten te vinden. De metingen worden geautomatiseerd gedaan, maar de analyse ervan nog met de hand door GWOC-personeel. Dat kost tijd, en er worden alleen buitenringdefecten mee gevonden.

De vraag was of die analyse te automatiseren viel, en onder welke voorwaarden zo’n algoritme het beter zou doen dan de huidige werkwijze.

HFRES buiten zijn randvoorwaarden

De gekozen basis is de High Frequency Resonance Envelope Spectrum-techniek. Die kan trillingen van een defect lager onderscheiden binnen het bredere spectrum van een mechanisch systeem, door via AM-demodulatie een envelopspectrum te maken waarin defectfrequenties zichtbaar worden.

HFRES stelt echter voorwaarden: geen mechanische speling, een constante toerentalfrequentie, bekende resonantiefrequenties en goed gemonteerde versnellingsmeters. Een vooranalyse op de GWOC-metingen liet zien dat de opstelling daar niet aan voldoet: er is mechanische speling en de toerentalfrequentie is onzeker.

Het algoritme is daarom om die beperkingen heen ontworpen. AM-demodulatie met een bandpass van 100 tot 8000 Hz, een laagdoorlaatfilter op 5,5 maal de hoogste defectfrequentie zodat er minstens vijf harmonischen in blijven, en een FFT. Daarna een bewerking van het envelopspectrum met een niet-causaal filter, omdat een standaardfilter de fase vervormt en dat hier onacceptabel is. Vervolgens piekdetectie, een defectzoekalgoritme dat de defectvermenigvuldigers tegen de toerentalfrequentie legt, en een beslislaag die pieken verwijdert die aan mechanische speling toe te schrijven zijn.

Twee afstelparameters bepalen hoe conservatief het geheel is: een drempel in de piekdetectie en een marge voor de onzekerheid in de toerentalfrequentie.

Evaluatie op honderd metingen

De prestatie is geëvalueerd op honderd trillingsmetingen die GWOC beschikbaar stelde, elk horend bij een lager dat visueel geïnspecteerd is, zodat de werkelijke status bekend was.

• Conservativiteit: 43,3 procent voor het algoritme, tegen 46,2 procent voor de huidige GWOC-methode.
• Foutpercentage: 0 procent voor het algoritme, tegen 0,96 procent voor de huidige methode.

Het algoritme doet het dus iets beter dan de handmatige werkwijze, en niet onbelangrijk: het werk maakte scherper waar de resterende winst zit.

Een geschonden randvoorwaarde maakt een methode nog niet onbruikbaar

Een techniek waarvan de randvoorwaarden niet gehaald worden is niet automatisch onbruikbaar. De vraag is of je de schending kunt compenseren in het ontwerp. Dat vraagt wel dat je eerst expliciet nagaat welke voorwaarden geschonden worden, in plaats van de methode toe te passen en je later af te vragen waarom de resultaten tegenvallen.