Rôle critique des essais de vibration

Le Dr. Amir Rashid, responsable de la recherche et du développement chez System 3R, a joué un rôle majeur dans le développement du concept de VDP et continue à diriger les opérations de développement de la gamme de produits de la société : un travail de longue haleine. Lors de la phase de conception, les ingénieurs ont dû « ajuster » la conformité du VDP en dimensionnant correctement l'épaisseur, l'étendue de la surface et en ajustant la précharge sur l'interface d'amortissement pour amortir les charges de vibration attendues, qui évoluent tout au long du processus d'usinage, à mesure que le matériau est ôté de la pièce de fabrication.

« La structure est conçue avec une rigidité dynamique élevée et une rigidité statique suffisante pour réduire les vibrations de la machine dans la plage de fréquences voulue, tout en maintenant la pièce de fabrication en position fixe », explique Rashid. « Toute la difficulté est de déterminer avec précision le niveau d'amortissement requis dans la plage de fréquences voulue tout en conservant une rigidité suffisante. Le logiciel LMS Test.Lab joue un rôle clé dans notre processus de développement en procédant efficacement aux nombreux cycles d'essais de vibration et en analysant les données le plus rapidement possible. »

Le système d'essai mis en œuvre chez System 3R est constitué de deux frontaux d'acquisition de données LMS SCADAS III, comprenant chacun huit voies d'acquisition de données et des fonctionnalités intégrées de conditionnement de signaux. Ces unités, de la taille d'un ordinateur portable, se connectent chacune au logiciel LMS Test.Lab en tant que plate-forme intégrée pour le contrôle des essais, les mesures, l'analyse des résultats, la gestion des données et la génération de rapports.

Conception d'une structure conforme

Le Dr. Amir Rashid nous explique que le processus de développement commence par des essais de vibration de la pièce de fabrication et du centre d'usinage sans le VDP. Après avoir installé des accéléromètres en plusieurs points, les ingénieurs frappent les structures à l'aide d'un marteau instrumenté afin de déterminer leur comportement dynamique. Des essais opérationnels à balayage rapide sont également effectués pour mesurer les vibrations du système pour une plage de fréquences donnée de la machine.

A partir des données recueillies, LMS Test.Lab génère des déformées modales et des déformées opérationnelles (ODS) animées montrant la déformation du matériel. Par ailleurs, l'enregistrement de la transformée de Fourier de l'amplitude de vibration en fonction des données temporelles génère des cartes de domaine de fréquence qui permettent d'étudier les temps de réponse du système à diverses fréquences. Sur ces graphiques de fréquences, LMS Test.Lab utilise des pics colorés appelés « pointes » pour faire apparaître clairement les résonances qui normalement seraient difficiles à repérer parmi des données FRF brutes. L'automatisation de cette tâche représente un véritable gain de temps et aboutit à des résultats précis et homogènes.

A partir de l'analyse de ces données de vibration, les ingénieurs peuvent calculer l'énergie transmise via les composants et ainsi déterminer le niveau d'amortissement requis pour l'interface conçue dans le porte-pièces. Les ingénieurs se basent sur des données empiriques pour ce qui est des propriétés d'absorption d'énergie du polymère, ce qui leur permet de dimensionner l'interface pour obtenir l'amortissement requis.

Un prototype VDP est alors mis au point sur la base de ces spécifications, et la même batterie d'essais aux chocs modaux et opérationnels est exécutée. Les graphiques d'analyse de signature LMS Test.Lab des essais d'usinage affichent alors le niveau de réduction des amplitudes de vibration mesurées sur la pièce de fabrication maintenue avec le système VDP. Les données de vibration recueillies lors des essais, avec et sans le VDP, sont comparées et la conception de l'interface d'amortissement est ajustée en conséquence au cours d'un processus itératif, le but étant d'éliminer le plus de vibrations possible tout en préservant la stabilité de la pièce de fabrication et en respectant les impératifs de packaging du système de fixation.

Valeur ajoutée d'une plate-forme de test intégrée

« Au travers de sa plate-forme système unique, LMS Test.Lab nous confère la rapidité et la précision dont nous avons besoin pour réaliser les essais de vibration itératifs nécessaires à la mise au point de ce nouveau concept de produit », déclare Le Dr. Amir Rashid. « Auparavant, nous disposions d'un progiciel séparé pour l'acquisition des données issues des essais modaux et d'usinage, d'un autre progiciel pour l'analyse modale, et d'un autre encore pour la génération de cartes de domaine de fréquence après les essais d'usinage. » Le Dr. Amir Rashid nous explique que les systèmes étaient physiquement séparés. En conséquence, des personnes différentes travaillaient dessus, ce qui engendrait régulièrement des retards par rapport au planning. Sans compter que les transferts de données entre les systèmes prenaient du temps et étaient sujets à erreur dans la mesure où, bien souvent, les données ne se convertissaient pas complètement, impliquant une intervention manuelle.

« Le fait de disposer de tous les modules de vibration dont nous avons besoin sur une seule et même plate-forme intégrée nous permet de travailler plus rapidement en commettant moins d'erreurs. Désormais, les tests sont effectués rapidement et les résultats sont générés instantanément, sans avoir à basculer d'un système à l'autre. Grâce à LMS Test.Lab, nous obtenons les résultats des essais en seulement quelques heures, contre plusieurs jours auparavant. Ce gain de productivité est un véritable atout dans la mesure où nous devons mettre au point plusieurs modèles afin d'intégrer un large éventail d'applications d'usinage et de tailles de pièces de fabrication. Il nous arrive même de développer des systèmes VDP personnalisés pour certains clients. »
Le Dr. Amir Rashid a pu constater que les feuilles de travail et les modèles de LMS Test.Lab permettent de réduire considérablement le temps de configuration des essais de vibration. « Cette solution propose de nombreuses feuilles de travail très pratiques pour des fonctions telles que l'analyse modale, le traitement des données temporelles et les tests de signature », précise-t-il. En outre, les modèles contiennent des sensibilités d'instruments et d'autres informations à saisie automatique. Ainsi, les ingénieurs n'ont plus besoin de saisir les données manuellement. La configuration des essais et les tâches de traitement de signaux requises sont définies une bonne fois pour toutes, puis sont enregistrées dans un modèle. Les procédures peuvent ensuite être exécutées automatiquement et rapidement, en produisant des résultats parfaitement homogènes. L'opération est donc moins sujette à risque et d'une grande efficacité. System 3R a d'ailleurs enregistré une réduction d'au moins 30 % de ses temps de configuration d'essais.

« Parce qu'il nous permet d'effectuer toute une batterie d'essais de vibration plus rapidement et avec plus de précision sur une seule et même plate-forme intégrée, le logiciel LMS Test.Lab évite les retards et les erreurs qui ralentissent habituellement nos opérations. D'un point de vue commercial, le système LMS soutient notre volonté de renforcer en permanence notre position de société innovante, leader dans le secteur en perpétuelle évolution de la fabrication. »

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