BRPI1007871B1

BRPI1007871B1 - Método para prever uma falha em um mancal de rolamento, e, meios de armazenamento legível por computador

Info

Publication number: BRPI1007871B1
Application number: BRPI1007871-1A
Authority: BR
Inventors: Marco Cocconcelli; Luca Bassi; Davide Borghi; Riccardo Rubini; Cristian Secchi
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance Sa
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2020-01-07
Also published as: JP2012519837A; US20110301873A1; MX2011008675A; EP2226621B1; BRPI1007871A2; RU2534562C2; WO2010100253A1; RU2011140327A; CN102341687A; ES2775976T3; CN102341687B; JP5690285B2; US9182316B2; EP2226621A1

Abstract

método para prever uma falha em um mancal de rolamento, sistema de processamento de sinal digital, e, programa de software um método para prever uma falha em um mancai de rolamento, o mancai de rolamento incluindo anéis internos e externos e corpos de rolamento igualmente distribuídos angularmente entre eles, o método compreendendo: processar (no sistema dsp 8) um sinal de posição (x(t)) indicativo de uma posição angular relativa do anel interno em relação aos anéis externos, e um sinal de vibração (y(t)) (por meio do acelerômetro 7) indicativo de vibrações relativas a velocidade no mancai de rolamento, de tal modo que eles correspondam ou a um deslocamento angular dos corpos de rolamento igual a um número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes ou um número inteiro de rotações completas do anel interno em relação ao anel externo; amostragem de espaço (no painel de aquisição aid 9) o sinal de vibração processado (y(t)) com base no sinal de posição processado (x(t)); e predizer uma falha no mancai de rolamento com base no sinal de vibração amostrado em espaço (y(t)).

Description

“MÉTODO PARA PREVER UMA FALHA EM UM MANCAL DE ROLAMENTO, E, MEIOS DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEL POR COMPUTADOR”

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [1] A presente invenção é relativa, em geral, à manutenção preditiva de mancal de rolamento e, em particular, a monitoramento baseado em condição orientado para manutenção de mancais de rolamento em servomotores que operam em uma velocidade baixa arbitrariamente variável e com inversões de movimento (cíclicas), tais como aquelas empregadas em Máquinas de Enchimento ou Equipamentos de Distribuição de Linhas de Embalagem (empacotamento) projetadas para produzir embalagens vedadas que contém produto alimentício.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA [2] Como é conhecido, em um piso de fábrica de uma planta de embalagem de alimento, diversos processos especificamente projetados são genericamente realizados incluindo armazenagem de material alimentício e de embalagem que entram, processamento de alimento, embalagem de alimento e armazenagem de embalagem. Com referência específica a produtos alimentícios derramáveis, embalagem de alimento é realizada em Linhas de Embalagem, cada uma das quais é um conjunto de máquinas e equipamentos para produção e manipulação de embalagens e inclui uma Máquina de Enchimento para a produção de embalagens vedadas seguida por uma ou mais configurações definidas de Equipamentos de Distribuição de jusante, tais como acumuladores, aplicadores de canudo, embrulhadoras com filme, e empacotadoras com papelão, conectadas com a Máquina de Enchimento através de Transportadores para manipulação das embalagens.

[3] Um exemplo típico deste tipo de embalagens é a embalagem conformada em paralelepípedo para líquidos ou produtos alimentícios derramáveis conhecida como Tetra Brik Aseptic®, que é feita dobrando e

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 9/40 / 27 vedando uma tela laminada de material de acondicionamento.

[4] O material de acondicionamento tem uma estrutura de folha de diversas camadas, que compreende substancialmente uma ou mais camadas de base de enrijecimento e reforço, feitas tipicamente de um material fibroso, por exemplo, papel ou material propileno com enchimento mineral, coberto em ambos os lados com inúmeras camadas de material plástico de vedação térmica, por exemplo, filme de polietileno. No caso de embalagens assépticas para produtos de armazenamento longo, tal como leite UHT, o material de acondicionamento também compreende uma camada de material barreira a luz e gás, por exemplo, folha de alumínio ou filme de etil-vinil-álcool (EVOH) que é superposta a uma camada de material plástico vedada a quente, e é por sua vez coberta com outra camada de material plástico de vedação a quente que forma a face interna da embalagem que eventualmente contata o produto alimentício.

[5] Embalagens deste tipo são produzidas em Máquinas de Enchimento completamente automáticas, nas quais um tubo vertical contínuo formado a partir do material de acondicionamento alimentado como tela; que é esterilizado aplicando um agente de esterilização químico tal como solução de peróxido de hidrogênio que, uma vez que a esterilização esteja completada é removido, por exemplo, evaporado por aquecimento a partir das superfícies do material de acondicionamento; e a tela esterilizada é mantida em um ambiente estéril fechado, e é dobrada e vedada longitudinalmente para formar o tubo vertical. O tubo é então enchido para baixo com o produto alimentício derramável esterilizado ou processado estéril, e é alimentado ao longo de um trajeto vertical até uma estação de conformação onde ele é apanhado ao longo de seções transversais igualmente espaçadas por meio de um sistema de mandíbulas que inclui dois ou mais pares de mandíbulas que atuam de maneira cíclica e sucessiva sobre o tubo, e vedam o material de acondicionamento do tubo para formar uma tira contínua de embalagens travesseiro conectadas uma à outra por meio de tiras de vedação transversal.

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Embalagens travesseiro são separadas uma da outra cortando as tiras de vedação relativas, e são transportadas para uma estação de dobramento final onde são dobradas mecanicamente para as embalagens acabadas, por exemplo, conformadas substancialmente em paralelepípedo.

[6] Alternativamente, o material de acondicionamento pode ser cortado em moldes que são conformados em embalagens em fusos de conformação, e as embalagem são enchidas com produto alimentício e vedadas. Um exemplo deste tipo de embalagem é a assim chamada embalagem de topo em frontão, conhecida como Tetra Rex®.

[7] Nestas linhas de embalagem diversos componentes são operados por meio de servomotores elétricos que embora valiosos em diversos aspectos, são afetados por mau funcionamentos, uma das causas principais dos quais é a quebra dos mancais de rolamento que suportam o eixo dos servomotores devido a fadiga ou desgaste. Embora fadiga possa ser caracterizada de maneira estatística em uma maneira padrão que conduz à assim chamada Classificação L 10 dos mancais, desgaste é um fenômeno sutil conhecido na literatura como “perfuração” (pitting) ou “impressão” (brinelling) que cria danos localizados, cujo estabelecimento pode aparecer de maneira (pseudo) randômica durante o tempo de vida esperado do componente, seguido por uma fase de degradação relativamente rápida que conduz à quebra completa. Como resultado, substituição periódica destes componentes é uma estratégia que pode ter sucesso somente para impedir falhas relacionadas à fadiga, enquanto será quase inútil contra falhas relacionadas a desgaste.

[8] Outros tipos de atividades de manutenção periódica preventiva, tal como limpeza e lubrificação podem ser efetivos na redução de desgaste do mancal, uma vez que desgaste usualmente é caracterizado pela contaminação do lubrificante do mancal que, por sua vez, piora a saúde do mancal. Tal contaminação pode vir do exterior, por exemplo, o mancal é

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 11/40 / 27 colocado em um ambiente hostil, porém também pode ser devido a causas internas, por exemplo, devido a pequenos flocos de material que os elementos rotativos perdem durante operação.

[9] Finalmente, contudo, a única maneira de impedir a quebra relacionada a desgaste é monitoramento baseado na condição do estado de saúde do mancal; tal estratégia de manutenção é principalmente possível graças ao fato que uma vez que o mancal se aproxima de falha, ele se torna ruidoso e vibra, como um sinal de aviso da quebra iminente: se este sinal é detectado a tempo, ele dá ao operador uma estrutura de tempo que se situa tipicamente desde dias até mesmo semanas, que depende do mancal e da aplicação, para planejar uma atividade de manutenção e substituir o mancal sem impactar tempo de produção.

[10] Pode ser apreciado que a análise de vibração é uma parte importante de programas de manutenção industrial preditiva de modo que desgaste e danos nos mancais de rolamento podem ser descobertos e reparados antes que a máquina quebre, reduzindo assim custos operacionais e de manutenção.

[11] Avaliação empírica do nível de vibração de um mancal é uma atividade sujeita a um erro que pode conduzir a sub-avaliação ou superavaliação significativas do tempo de vida restante do componente, e também enganar como um dano de mancal, um ruído que é devido a uma causa completamente diferente (por exemplo, um desbalanceamento de eixo). Por esta razão, a comunidade científica foi forçada a fornecer uma caracterização científica de falhas de mancal e, nos dias de hoje, uma literatura rica pode ser encontrada neste tópico.

[12] A idéia básica é associar cada modo de falha de um mancal com uma assinatura de frequência característica que pode ser extraída de um sinal de vibração por meio de uma análise apropriada. Em particular, a análise de vibração tradicional é baseada no fato que se existe um dano localizado em

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5/27 uma das superficies do mancai ele irá provocar uma série de impactos durante rotação do mancai; além disto, tais impactos são periódicos, admitindo que o servomotor está girando em velocidade constante. De fato, uma análise cinemática do mancai mostra que admitindo que nenhum deslizamento esteja presente, o componente é bastante similar a uma engrenagem epicíclica; em outras palavras, existe uma relação de transmissão fixa entre o eixo do servomotor e todas as outras partes móveis do mancai, e isto conduz à equação fundamental de análise de vibração:

fd=k_d.f_r(V o que mostra que fd, a frequência de dano (que é realmente a frequência de tais impactos) depende de maneira linear da frequência de rotação f_r por meio de um coeficiente de dano kd que é nada mais que a relação de transmissão entre o eixo do servomotor e a parte móvel sobre a qual o dano está localizado. Tais coeficientes são bem conhecidos na literatura e são fornecidos por:

= k_E para falhas da gaiola = k;. para falhas de esfera = k_s para falhas do anel exterior = Jq para falhas do anel interior onde Bd, Pd são diâmetro de esfera e passo, N é o número de elementos rotativo, Θ é um ângulo que indica um desalinhamento possível entre anel interno e externo (ou anéis) como resultado de operações de montagem (valores típicos estão entre e 10 graus, e onde o índice d é relativo em geral a frequências de dano, enquanto os índices g, e, i, e v são

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 13/40 / 27 relacionados a tipos específicos de dano, a saber, nos anéis internos e externos, nas esferas espaçadas separadas de maneira igual angularmente entre os anéis internos e externos, e na gaiola que retém as esferas e que gira de maneira conjunta, isto é, na mesma velocidade, com as esferas.

[13] As repercussões de este fenômeno no espectro de um sinal de vibração podem ser facilmente entendidas utilizando as propriedades básicas de transformadas de Fourier: se um único impacto é considerado no domínio de tempo isto pode ser representado como uma ação de forçamento d(t) de natureza impulsiva e duração finita T que tende para uma função impulso Dirac ideal função 5(t) quando T^0; da mesma maneira, o espectro D(f) de dito sinal será caracterizado por uma largura de banda que irá tender para infinito quando d(t) se aproxima do caso de impulso ideal (cuja transformada de Fourier é constante sobre todas as frequências.

[14] Durante a operação de componente real a ação de forçamento u(t) será uma repetição periódica na frequência de dano do impulso original d(t):

oo w(0 = ^d(t-jT_d) (3) j=-°° [15] Em virtude das propriedades da transformada de Fourier, repetição periódica no tempo equaciona a amostragem em frequência, o que significa que o espectro U(f) da ação de forçamento que um dano localizado aplica ao mancal é um espectro discreto, obtido amostrando o espectro de impulso original D(f):

oo u(f}= (4) y=-oc [16] Na prática, isto significa que a assinatura de frequência do dano no sinal de vibração é uma seqüência de picos separados pela frequência de dano característica da parte do mancal danificada.

[17] Em geral, contudo, o espectro de um sinal de vibração adquirido em um mancal não reproduz exatamente U(f); ele pode ser

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 14/40 / 27 particularmente representado como:

= (5) onde G(f) é a função transferência do conjunto mecânico, H(f) é a função sensibilidade do sensor (usualmente um acelerômetro), e N(f) é qualquer tipo de ruído superposto ao sinal de falha. O espectro de Y(f) como tal pode, portanto, não ser o melhor sinal para observar e para identificar uma assinatura de dano; o procedimento usual para obter um sinal com melhor relação de sinal para ruído é chamado análise de envoltória e é baseado nas seguintes suposições: existe uma banda de frequência [f1, f2] tal que:

- |G(f)|>>1, isto é, estamos próximos de uma ressonância mecânica

- |H(f)|>>1, isto é, estamos na faixa operacional do sensor

- |N(f)|<<1, que significa na prática que temos que observar harmônicos mais elevados do sinal U(f).

[18] A última afirmação é motivada pelo fato que usualmente ruído mecânico é mais elevado em baixas frequências. Existem algumas exceções a esta regra, por exemplo, ruído devido a engrenagens ligadas ao motor e, neste caso, é necessário recorrer a técnicas de filtragem conhecidas, mais avançadas. Se as hipóteses acima são satisfeitas por meio de filtração por passa faixa na banda de frequência [f1, f2] e desmodulação de Y(f) é possível obter um sinal onde alguns picos são claramente visíveis espaçados por fd.

[19] Resumindo, análise de vibração clássica é baseada nas seguintes hipóteses:

- existe um dano localizado em um mancal;

- o motor do mancal está ligado e gira a uma velocidade constante;

- não existe deslizamento durante o movimento relativo dos elementos do mancal;

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- durante a operação do motor o dano provoca uma série de impactos de curta duração que geram um trem de pontas no espectro de frequência do sinal de vibração com uma certa periodicidade; e

- existe uma banda de frequência onde a relação de sinal para ruído é tal que o trem de impulsos é detectável.

[20] Se estas condições não são verificadas, o trem de picos pode ser borrado de modo que não é mais reconhecível, ou pode estar escondido entre outros tipos de ruído. Além disto, o fato que o ângulo Θ em (2) é quase impossível de medir sob circunstâncias práticas, adiciona algumas dificuldades à tarefa, uma vez que cada fd é realmente variável na faixa de 0s admissíveis. A maior parte de pesquisa no campo tem sido focalizada historicamente em técnicas de processamento de sinal para obter melhores relações de sinal para ruído ou para se enfrentar o borrado dos picos devido a pequenas flutuações de velocidade ou a presença de deslizamento.

[21] A despeito da suposição básica de velocidade de rotação constante dos servomotores ainda se manter verdadeira para diversas aplicações, ela prova ser uma enorme limitação no campo de máquinas automáticas onde usualmente inúmeros servomotores são empregados como camos elétricos e operados em uma velocidade variável para obter perfis de velocidade variável dos elementos atuados. Em particular, quando servomotores, usualmente motores CA sem escova tendem a aparecer mais e mais muitas vezes em projetos recentes de máquinas graças a seu desempenho ser muito mais elevado do que as soluções mecânicas para movimento de máquina no tempo requerido para reconfigurar o perfil de movimento, nestas aplicações qualquer predição de falha de mancal de rolamento baseada em assinatura de frequência determinada por meio da análise de vibração clássica descrita acima prova ser insatisfatória.

[22] Para estender a análise de vibração clássica descrita acima com base na suposição de velocidade constante de rotação para estar de acordo

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 16/40 / 27 com aplicações nas quais a velocidade de rotação dos servomotores varia com o tempo, uma assim chamada análise de vibração de Rastreamento de Ordem (OT) foi proposta, a qual é uma análise de frequência que utiliza múltiplos, comumente referidos como ordens, da velocidade de rotação, ao invés de frequências absolutas (Hz) como a base de frequência, e é útil para monitorar condição de máquina uma vez que pode facilmente identificar vibrações relacionadas com velocidade tal como defeitos de eixo e desgaste de mancal. Para uma discussão detalhada desta técnica pode ser feita referência à R. Potter, A new order tracking method for rotating machinery, Sound and Vibration 24, 1990, 30-34, e K. Fyfe, E. Munck, Analysis of computed order tracking, Mechanical System and Signal Processing 11(2), 1997, 187-205.

[23] Rastreamento de Ordem é baseado em uma abordagem de amostragem espacial constante, de acordo com a qual o sinal de vibração é amostrado em incrementos angulares constantes (isto é, ΔΘ uniforme), e daí em uma frequência proporcional à velocidade de rotação do mancal. O rastreamento de ordem tradicional realiza esta tarefa utilizando um sistema de aquisição de dados variável no tempo, no qual uma amostragem no tempo é realizada em uma frequência que é variada proporcionalmente à velocidade de rotação do mancal. O rastreamento de ordem computado (COT), ao invés disso, realiza esta tarefa utilizando um sistema de aquisição de dados constante no tempo, no qual o sinal de vibração é primeiro amostrado no tempo em uma frequência constante (isto é, amostragem constante no tempo com At uniforme), e então os dados amostrados são reamostrados espacialmente de maneira digital em incrementos angulares constantes (isto é, amostragem constante no espaço com ΔΘ uniforme), para fornecer os dados desejados de ΔΘ constante). Portanto, Rastreamento de Ordem mapeia a referência t em tempo real para uma referência τ modificada em tempo, de tal modo que o sinal de vibração é visto como se fosse gerado como pedaço por um mancal que gira em uma velocidade constante. Este mapeamento resulta

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 17/40 / 27 em um sinal de vibração modificado onde a assinatura de frequência de uma dada tipologia de dano pode ser descoberta, e em uma falha de mancal de rolamento que é predita de maneira satisfatória.

OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO [24] O Requerente teve a experiência que, a despeito de seu valor inquestionável Rastreamento de Ordem Computado é ainda baseado em outras suposições a respeito da operação de servomotor, tal como operação em uma velocidade de rotação elevada (> 500 rpm), diversas revoluções de eixo necessárias para a detecção de falha, sem inversões de movimento, o que impede que seu ensinamento seja aplicável de maneira satisfatória a servomotores que operam em velocidade de rotação baixa arbitrariamente variável, são submetidos a inversões de movimento cíclicas e realizam aproximadamente uma revolução de eixo por ciclo, tal como aqueles empregados no campo de embalagem de produto alimentício para operar os sistemas de mandíbula.

[25] O objetivo da presente invenção é então fornecer uma técnica que permita que o Rastreamento de Ordem Computado seja aplicado também a servomotores que operam em velocidade de rotação baixa arbitrariamente variável, sejam submetidos a inversões cíclicas de movimento, e realizam cerca de uma revolução de eixo por ciclo, tal como aqueles empregados no campo de embalagem de produtos alimentícios, para predizer, de maneira satisfatória, falhas de mancal de rolamento de servomotor, permitindo assim que os programas atuais de manutenção de máquina sejam aprimorados de maneira efetiva.

[26] Este objetivo é alcançado por meio da presente invenção, no que ela é relativa a um método de predizer falhas em um mancal de rolamento para um sistema de processamento de sinal digital programado para implementar o método, e a um produto software projetado para implementar, quando executado, o método como definido nas reivindicações anexas.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [27] Para um melhor entendimento da presente invenção modalidades preferidas que são projetadas puramente à guisa de exemplo e não devem ser construídas como limitativas, serão descritas agora com referência aos desenhos anexos, nem todos em escala, nos quais [28] A figura 1 mostra um diagrama de blocos genérico de um sistema de aquisição de dados configurado para implementar um Rastreamento de Ordem Computado Modificado de acordo com a presente invenção;

[29] A figura 2 mostra um fluxograma genérico do Rastreamento de Ordem Computado Modificado de acordo com a presente invenção;

[30] A figura 3 mostra, de maneira esquemática, uma seção transversal de um mancal de 8 esferas;

[31] As figuras 4 e 5 mostram uma operação de “cortar e colar” de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção a ser realizada em um sinal de posição adquirido x(t) e um sinal de vibração filtrado yf(t) para testar um mancal de rolamento para uma falha no anel externo;

[32] As figuras 6a e 6b mostram posições relativas de um anel interno e, respectivamente, de um conjunto de gaiola de esferas com relação a um anel externo de um mancal de rolamento plotadas contra tempo;

[33] As figuras 7 e 8 mostram uma operação de “cortar e colar” de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção a ser realizada em um sinal de posição adquirido x(t) e um sinal de vibração filtrado yf(t) para testar um mancal de rolamento para uma falha no anel interno;

[34] As figuras 9a, e 9b mostram posições relativas de um anel interno em relação a um anel externo e respectivamente de um conjunto de gaiola de esferas com relação a um anel interno de um mancal de rolamento plotadas contra tempo;

[35] As figuras 10 e 11 mostram uma operação de “cortar e colar”

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 19/40 / 27 de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção a ser realizada em um sinal de posição adquirido x(t) e um sinal de vibração filtrado yf(t);

[36] As figuras 12a e 12b de mostram um sinal de posição processado ^Ax(t) obtido depois de uma operação de “cortar e colar e, respectivamente um sinal de posição amostrado no espaço ~x(t) obtido amostrando constante em espaço um sinal de posição processado ^Ax(t);

[37] As figuras 13, 14 e 15 mostram sinais de posição e de vibração amostrados no espaço processados, obtidos invertendo posições de sinais de vibração e posição amostrados no espaço ~x(t) e ~y(t) que correspondem às rampas de descida dos sinais de posição amostrados no espaço ~x(t) mostrados nas figuras 5, 7 e 11 respectivamente; e [38] As figuras 16 e 17 mostram espectros de frequência do sinal de vibração invertido mostrado na figura 13 onde as frequências de dano relacionadas a uma falha de anel externo e uma falha de anel interno estão delineadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO [39] A descrição a seguir á apresentada para possibilitar a uma pessoa versada na técnica fazer e utilizar a invenção. Diversas modificações às modalidades serão facilmente evidentes àqueles versados na técnica, sem se afastar do escopo da invenção reivindicada. Assim, a presente invenção não é projetada para ser limitada às modalidades mostradas, mas deve ser acordada ao escopo mais amplo consistente com os princípios e aspectos nela divulgadas e definidos nas reivindicações anexas.

[40] A idéia básica subjacente à presente invenção é modificar de maneira apropriada o Rastreamento de Ordem Computado tradicional para levar em consideração o perfil de movimento específico, a saber, inversões de movimento cíclico e aproximadamente de uma revolução de eixo por ciclo, dos servomotores empregados nas Linhas de Embalagem de produto

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 20/40 / 27 alimentício, de modo a fornecer o que daqui em diante será chamado Rastreamento de Ordem Computado Modificado (MCOT).

[41] A figura 1 mostra um diagrama de blocos genérico de um sistema de aquisição de dados configurado para implementar o MCOT de acordo com a presente invenção. Em particular, na figura 1 o numeral de referência 1 indica um servomotor com um eixo 2 suportado em rotação por um mancal de rolamento 3 (figura 3) que compreende um anel interno 3a e um anel externo 3b, e corpos de rolamento 3c retidos e igualmente distribuídos angularmente entre os anéis internos e externos 3a, 3b por uma gaiola 3d, e cujas falhas devem ser preditas por meio do MCOT e que pode ser operado ou de maneira cíclica em uma e a mesma direção, a saber sem qualquer inversão de rotação, ou para inverter de maneira cíclica sua direção de rotação; o numeral de referência 4 indica o acionamento de servomotor, que supre e servomotor 1 com energia elétrica através de um cabo de energia 5, recebe do servomotor 1 através de um cabo de realimentação 6 um sinal de realimentação gerado por um codificador de alta resolução (não mostrado) associado com o eixo do servomotor 2, e dá saída a um sinal de posição x(t) que é gerado com base no sinal de realimentação a partir do servomotor 1 e é indicativo da posição angular do eixo do servomotor 2, e daí do anel interno 3a com relação ao anel externo 3b do mancal de rolamento 3; o numeral de referência 7 indica um acelerômetro que é associado com o mancal de rolamento monitorado 3 e dá saída a um sinal de vibração y(t) que é indicativo da intensidade das vibrações no mancal de rolamento 3; e o numeral de referência 8 indica um sistema de processamento de sinal digital configurado para implementar o MCOT de acordo com a presente invenção. Em particular, o sistema de processamento de sinal digital 8 inclui um painel de aquisição A/D 9 que recebe o sinal de vibração y(t) a partir do acelerômetro 7 através de um cabo de conexão 10 e o sinal de posição x(t) a partir do acionamento de servomotor 4 através de um cabo de conexão 11, e

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 21/40 / 27 que é configurado para amostrar simultaneamente em tempo constante a posição e os sinais de vibração x(t) e y(t) de modo que em cada tempo de amostragem de um par de valores x, y que pertence a R^ns são gerados de tal modo que x = [x(t1)...x(tns)] e y = [y(t1)...y(tns)] são sincronizados um como o outro, e uma unidade de processamento de sinal digital (DSP) 12, que é conectada ao painel de aquisição A/D 9 através de um cabo de conexão 13 para receber os sinais de posição e vibração amostrados no tempo ainda indicados por x(t) e y(t) e é programada para processar estes sinais de acordo com o MCOT da presente invenção, que serão descritos daqui em diante com referência ao fluxograma genérico mostrado na figura 2.

[42] Como mostrado na figura 2, a primeira etapa do MCOT (bloco 100) é identificar um componente de mancal candidato a ser testado para falhas (por exemplo, falha de anel interno, falha de anel externo, etc.). Em particular o componente de mancal candidato a ser testado para falhas está indicado por um operador através de uma Interface Gráfica de Usuário (GUI) implementada pelo sistema de processamento de sinal digital 8, e é necessária porque testar diferentes componentes de mancal para falhas requer execuções separadas do MCOT, como o leitor irá apreciar daqui em diante quando a terceira etapa do MCOT for descrita.

[43] A segunda etapa do MCOT (bloco 200) é identificar uma banda de frequência adequada f f2] onde a análise de envoltória no sinal de vibração amostrado no tempo y(t) é realizada, isto significa identificar uma frequência de ressonância no conjunto no qual o servomotor está colocado, e pode ser feita ou por simulação ou por medição. Tal informação é de aplicação específica e, portanto, não provável de mudar substituindo o servomotor, ou mesmo movendo para outra máquina do mesmo modelo. Uma vez que a banda de frequência adequada tenha sido identificada, o sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração amostrado em tempo y(t) são adquiridos durante um dado período de tempo de aquisição, por

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 22/40 / 27 exemplo, de 50 segundos, e então o sinal de vibração amostrado em tempo y(t) é filtrado por passa faixa [fi, f2] e desmodulado, obtendo assim o que daqui em diante será referido como o sinal de vibração filtrado yf(t).

[44] Filtragem e desmodulação do sinal de vibração amostrado em tempo y(t) são realizadas por que o sinal de vibração filtrado yf(t) tem uma largura de banda igual à f2-f1 que genericamente é muito mais baixa do que o um do sinal de vibração amostrado em tempo y(t), e isto pode melhorar de maneira significativa a capacidade de leitura dos resultados, especialmente em ambientais altamente ruidosos.

[45] A terceira etapa do MCOT (bloco 300) é processar o sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração amostrado em tempo filtrado yf(t) de acordo com duas diferentes modalidades alternativas da presente invenção.

[46] Na primeira modalidade da presente invenção um processamento de sinal particular é realizado, no qual permanece a partir de uma análise em profundidade o que acontece em um mancal em falha durante um seu ciclo de operação. Consideremos, por exemplo, uma aplicação de servomotor na qual o servomotor inverte de maneira cíclica seu movimento a cada 400 °, a saber, no qual o servomotor tem um ciclo de operação durante o qual o eixo do servomotor realiza um deslocamento angular em uma direção maior do que uma rotação completa (um ângulo redondo, isto é, 360 °), depois do que ele inverte sua direção de rotação. Consideremos também o caso em que o mancal de rolamento é de um tipo de 8 esferas mostrado na figura 3, onde cada par de esferas adjacentes é espaçado separado de um espaço angular de 45 °. Na figura 3 as velocidades de rotação absolutas dos anéis internos e externos e da gaiola são indicadas por ωτ, ©o, oc, respectivamente, e as velocidades de rotação relativas dos anéis internos e externos com relação ao conjunto de gaiola de esferas intermediário são indicadas por ωι _C e ω_{ο C}, respectivamente.

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 23/40 / 27 [47] Na aplicação de servomotor considerada, onde o mancal de rolamento é de um tipo de 8 esferas e suporta o eixo do servomotor, e daí a velocidade de rotação do anel interno é igual à velocidade de rotação do servomotor e o anel externo é estacionário (ωο=0). ωχ-ο= ωχ - ωο = ωχ _ 1ω, = (1-J)oi = 0,61 ωχ, onde J = 0,384 é a relação de transmissão entre as velocidades de rotação do anel interno e do conjunto gaiola de esferas em um mancal de 8 esferas, e ωο-ο=ωο - ωο = ωο.

[48] Além disto, o deslocamento angular relativo do conjunto gaiola de esferas em relação ao anel interno é Ri-c= ωχ-cT = (1-J)wi T= 0,616.400° = 246,4°, onde T é a duração em tempo de um ciclo operacional do servomotor e daí ωχ T é o deslocamento angular do anel interno durante o ciclo de operação do servomotor, e o deslocamento angular relativo do conjunto de gaiola de esferas com relação ao anel externo é Ro-c= ωο-oT = ocT J T= 0,384.400° = 153,6°.

[49] Tendo em vista o que precede, pode ser apreciado que se uma falha está presente, ou no anel interno ou no anel externo, um certo número de impactos irá ocorrer entre as esferas e o anel em falha, e este número depende claramente em onde a falha está (anel interno ou externo) e no espaço angular entre as esferas. Em particular, se a falha está no anel interno o número de impactos é igual a int(Ri-c/45)=int(246,4/45=int(5.465)=5, em enquanto se a falha está no anel externo o número de impactos é igual a int(Roo/45)=int(153,6/45=int(3,413)=3.

[50] Tendo isto em vista, pode ser apreciado que o fato que em geral Ri-c/45) e (Ro-c/45) não serem inteiros, resulta em ciclos operacionais do servomotor genericamente não terminando com um impacto, a saber no desempenho do servomotor depois do último impacto (terceiro ou quinto no exemplo considerado acima), um deslocamento angular adicional antes de inverter a direção de rotação.

[51] A Requerente experimentou que este fenômeno afeta de

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 24/40 / 27 maneira adversa o sinal de vibração adquirido y(t) em uma tal extensão que a análise de vibração descrita acima, em particular o Rastreamento de Ordem Computado, prova ser insatisfatória.

[52] Portanto, o processamento de sinal de acordo com a primeira modalidade da presente invenção é projetado para provocar um sinal de posição amostrado no tempo x(t) e o sinal de vibração filtrado yf(t) para parecer como se eles fossem gerados por um anel interno que gira de maneira contínua em uma e a mesma direção, a saber, sem qualquer inversão da direção de rotação em relação ao anel externo, e durante o qual o conjunto de gaiola de esferas realiza deslocamentos angulares com relação aos anéis internos e externos, respectivamente, cada um igual a um múltiplo inteiro do deslocamento angular entre dois impactos consecutivos no mancal de rolamento.

[53] Este objetivo é alcançado processando o sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração filtrado yg(t) de tal modo que em cada ciclo operacional do servomotor eles correspondem a deslocamentos angulares do conjunto gaiola de esferas com relação ao anel interno e respectivamente ao anel externo, cada um dos quais é igual a um inteiro múltiplo do espaço angular entre dois elementos de rolamento adjacentes do mancal.

[54] O processamento de sinal anteriormente mencionado é realizado por “corte e colagem” do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração filtrado yf(t) para remover (cortar e afastar) àquelas porções dele que permitem que o resultado anteriormente mencionado seja alcançado.

[55] Esta operação está mostrada nas figuras 4 até 6, e nas figuras 7 até 9, onde as primeiras três se relacionam a uma pesquisa para uma falha do anel externo, enquanto as últimas três se relacionam a uma pesquisa para uma falha no anel interno. Em particular, as figuras 4 e 7 mostram os sinais de posição amostrados em tempo x(t), os sinais de vibração filtrados yf(t) e aquelas partes deles limitadas por retângulos coloridos cinzentos para serem cortados dele enquanto as figuras 5 e 8 mostram os sinais de posição e de

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 25/40 / 27 vibração processados ^Ax(t) e ^Ay(t), que são obtidos colando um depois do outro (fundindo juntas) as porções restantes do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração filtrado yf(t), correspondentes.

[56] Em particular, a figura 4 é relativa a uma pesquisa para uma falha no anel externo, cujo deslocamento angular relativo com relação ao conjunto de gaiola de esferas é 153,6 ° durante o qual três impactos entre as falhas e as esferas ocorrem. Portanto, para que o conjunto de gaiola de esferas realize um deslocamento angular igual a um múltiplo inteiro do deslocamento angular entre dois impactos consecutivos no anel externo, tal deslocamento angular deveria ser 3.45 °=135 ° (múltiplo inteiro de um espaço angular entre duas esferas adjacentes do mancal que, por sua vez, corresponde a um deslocamento angular do anel interno de 135 °/0.348= 351,6 °. Portanto, para o sinal de posição amostrado em tempo x(t) corresponder a um deslocamento angular do anel interno de 351.6 °, porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que corresponde a um deslocamento angular de 400 °-351,6 °= 48,4 ° do anel interno deve ser cortado e afastado.

[57] Para que as porções retidas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) sejam centralizados nos respectivos ciclos de operação do servomotor de modo a evitar aquelas porções onde o eixo do servomotor inverte sua direção de rotação e daí estar durante um estado de rotação transitório, as porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que devem ser cortadas e afastadas dele são aquelas que correspondem a ambas as porções inicial e final dos ciclos de operação do servomotor, em partes iguais, no exemplo mostrado na figura 4 aquelas porções nas faixas 0 ° até 24,2 ° e

375,8 ° a 400 °, retendo assim aquelas porções nas faixas 24,2° até 375,8 °.

[58] A pessoa versada pode apreciar que outras porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) do que aquelas mostradas na figura 4 podem ser cortadas e afastadas dele, o que

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 26/40 / 27 permite que o mesmo resultado seja alcançado. Por exemplo, podem ser cortadas e afastadas aquelas porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que correspondem a qualquer das porções inicial ou final dos ciclos de operação originais, a saber, nas faixas 0 ° até 48,4 ° ou 351,6 ° até 400 °, respectivamente.

[59] A mesma computação pode ser feita no domínio do deslocamento angular do conjunto de gaiola de esferas ao invés de no domínio do eixo do servomotor. Em particular, para que o sinal de posição amostrado em tempo x(t) corresponda a um deslocamento angular da gaiola do mancal de 135 ° e para as porções retidas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) serem centralizados nos ciclos de operação, aquelas porções nas faixas de 0 ° até 9,3 ° e a partir de 144,3 ° até 153,6 ° (que no domínio do eixo do servomotor correspondem às faixas anteriormente indicadas 0 ° até 24,2 ° e

375,8 ° até 400 °) devem ser cortadas e afastadas, e aquelas porções nas faixas 9,3 ° até 144,3 ° (as quais no domínio do eixo do servomotor correspondem às faixas anteriormente indicadas de 24,2 ° até 375,8 °) devem ser retidas.

[60] As faixas anteriormente mencionadas estão delineadas nas figuras 6a e 6b onde as posições de ambos, do anel interno (figura 6^a) e do conjunto gaiola de esferas (figura 6b) com relação ao anel externo estão plotadas contra tempo.

[61] A figura 7 relaciona ao invés disto, uma pesquisa para uma falha no anel interno, cujo deslocamento angular relativo em relação ao conjunto gaiola de esferas é 246,4 ° e no qual cinco impactos entre as falhas e as esferas ocorrem. Portanto, para que o conjunto de gaiola de esferas realize um deslocamento angular igual a um inteiro múltiplo do deslocamento angular entre dois impactos consecutivos no anel interno tal deslocamento angular deveria ser 5.45 °= 225 ° (inteiro múltiplo do espaço angular entre duas esferas adjacentes do mancal), que por sua vez corresponde a um deslocamento angular do anel interno de 225 °/0,0616=365,2°. Portanto, para

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 27/40 / 27 que o sinal de posição amostrado no tempo x(t) corresponda a um deslocamento angular do anel interno de 365,2 °, porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que correspondem a um deslocamento angular de 400 -365,2 ° = 34,8 ° do anel interno devem ser cortados e afastados.

[62] Para que as posições retidas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) sejam centralizadas nos respectivos ciclos de operação do servomotor de modo a evitar que aquelas porções onde o eixo do servomotor inverte sua direção de rotação, e daí estar durante um estado de rotação transitório, as porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que devem ser cortados e afastados dele são aqueles que correspondem a ambas as porções inicial e final dos ciclos de operação do servomotor em partes iguais, no exemplo mostrado na figura 7 estas porções nas faixas de 0 ° até 17,4 ° e 382,6 ° até 400 °, de modo a reter aquelas porções nas faixas de 17,4 ° até 382,6 °.

[63] A pessoa versada pode apreciar que outras porções do sinal de posição amostrado em tempos x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) do que aquelas mostradas na figura 7 podem ser cortadas e afastadas dele, o que permite que o mesmo resultado seja alcançado. Por exemplo, pode haver àquelas porções cortadas e afastadas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que correspondem a qualquer das porções inicial ou final dos ciclos de operação originais, a saber, nas faixas de 0 ° até 34,8 ° ou 365,2 ° até 400 °, respectivamente.

[64] A mesma computação pode ser feita no domínio do deslocamento angular do conjunto de gaiola de esferas ao invés de no domínio de eixo do servomotor. Em particular, para que o sinal de posição amostrado em tempo x(t) corresponda a um deslocamento angular da gaiola de mancal de 225 ° e para as porções retidas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) serem centralizadas nos ciclos de operação, aquelas porções

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 28/40 / 27 nas faixas 0 ° até 10,7 ° e desde 235,7 ° até 246,4 ° (que no domínio do eixo do servomotor correspondem às faixas anteriormente indicadas de 0 ° até 17,4 ° e 382,6 ° até 400 °, devem ser cortadas e afastadas, e aquelas porções nas faixas 10,7 ° até 235,7 ° que no domínio do eixo do servomotor correspondem às faixas anteriormente indicadas de 17,4 ° até 382,6 °, devem ser retidas.

[65] As faixas anteriormente mencionadas estão delineadas nas figuras 9a e 9b, onde as porções de ambos, do anel interno com relação ao anel externo (figura 9a) e o conjunto de gaiola de esferas com relação ao anel interno (figura 9b) estão plotadas contra tempo.

[66] A vista do que precede, pode ser apreciado que o espaço angular entre dois elementos de rolamento adjacentes do mancal depende do tipo e geometria do mancal de rolamento, e daí que o processamento de sinal anteriormente mencionado depende, em adição, que componente de mancal deve ser testado para falhas (anel interno ou anel externo) também dos parâmetros geométricos do mancal.

[67] Em uma segunda modalidade da presente invenção o sinal de posição amostrado em tempos x(t) e o sinal de vibração filtrado yf(t) são processados de tal modo que eles correspondem a um número inteiro de rotações completas (360 °) do anel interno em relação ao anel externo, a saber, de tal modo que eles pareçam como se eles foram gerados por um anel interno que gira de maneira contínua na mesma direção, a saber, sem qualquer inversão da direção de rotação com relação ao anel externo, e durante o qual realizam um número inteiro de rotações completas em relação ao anel externo. Claramente, quanto mais elevado o número de rotações completas, mais rica a informação baseada na qual a análise de vibração será realizada.

[68] Também nesta segunda modalidade esta tarefa é realizada realizando uma operação de cortar e colar no sinal de posição amostrado em tempo x(t) e no sinal de vibração filtrado yf(t) similar àquela descrita anteriormente com referência à primeira modalidade da presente invenção.

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 29/40 / 27 [69] Esta operação está mostrada nas figuras 10 e 11 que são similares às figuras 4 e 5, e nas quais as porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que devem ser cortadas e afastadas dele são aquelas que correspondem às porções finais do ciclo de operação original, a saber, a porção que excede 360 °, isto é, nas faixas de 360 ° até 400 °.

[70] A pessoa versada pode apreciar que as outras porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) do que aquelas amostradas na figura 10 podem ser cortadas e afastadas dela, o que permite que o mesmo resultado seja alcançado.

[71] Por exemplo, podem ser cortadas e afastadas aquelas porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que correspondem às porções iniciais dos ciclos de operação originais, a saber, as porções nas faixas de 0 ° até 40 °, ou aquelas porções do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que correspondem a ambas as porções inicial e final dos ciclos de operação originais convenientemente em partes iguais, por exemplo, aquelas porções nas faixas de 0 ° até 20 ° e 380 ° até 400 °, resultando assim nas porções retidas do sinal de posição amostrado em tempo x(t) e do sinal de vibração filtrado yf(t) que são centralizadas nos respectivos ciclos de operação.

[72] É digno de se notar que a operação de cortar e colar pode ser supérflua se a rotação do mancal sob teste for monotônica e como rampa, desde que exista um certo número de rotações completas no sinal de posição amostrado em tempo x(t) e no sinal de vibração filtrado yf(t), porém se torna crucial no caso de um movimento cíclico. Esta operação é feita com a ajuda dos coeficientes de transmissão em (2) e em saídas práticas, como resultado, dois vetores ^Ay, ^Ax que pertence R2.

[73] À vista do que procede, pode ser apreciado que para o sinal de posição amostrado em tempo x(t) e o sinal de vibração amostrado em tempo

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 30/40 / 27 filtrado yf(t) serem processados como descrito acima, não é necessário conhecer ainda mais antecipadamente qual é o componente de mancal candidato a ser testado para falhas, e daí nesta segunda modalidade, esta etapa pode ser omitida.

[74] Também é digno de observar que as duas modalidades da presente invenção foram descritas com referência a uma aplicação a servomotor, onde o mancal de rolamento suporta o eixo do servomotor, e daí o anel externo é fixado a uma parte estacionária do servomotor enquanto o anel interno é acoplado de maneira rotativa ao eixo do servomotor, e daí gira em relação ao anel externo na mesma velocidade do servomotor. Portanto, na aplicação considerada, a rotação relativa do anel interno em relação ao anel externo corresponde à rotação do eixo do servomotor. Contudo, pode ser apreciado que o que foi anteriormente descrito com relação à aplicação considerada, pode ser aplicado de maneira genérica a qualquer outra aplicação na qual os anéis internos e externos giram de maneira relativa um em relação ao outro, a saber, onde o anel interno é fixado a um elemento está acionário e o anel externo é acoplado de maneira rotativa com um elemento rotativo, e no qual ambos, os anéis internos e externos, são acoplados de maneira rotativa para girar elementos que giram na mesma ou em direções diferentes.

[75] A pessoa versada também irá apreciar que o ensinamento da presente invenção também se aplica a mancais de rolamento que são estruturalmente diferentes do, porém operacionalmente equivalentes àquele previsto e descrito anteriormente, em particular a mancais de rolamento onde os corpos de rolamento são retidos e igualmente espaçados separados angularmente, por meio de dispositivo de retenção diferente da gaiola descrita acima, ou mancais de rolamento sem qualquer de um anel interno ou um anel externo, a saber, no qual os corpos de rolamento repousam diretamente sobre, e são retidos radialmente ou por um elemento interno ou, respectivamente, externo rotativo que daí desempenha o papel dos anéis correspondentes que faltam.

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 31/40 / 27 [76] Com referência novamente ao fluxograma mostrado na figura

2, a quarta etapa do MCOT (bloco 400) é amostragem no espaço, em particular amostrando constante no espaço, os sinais de posição e vibração processados X (t) e y (t) de tal modo que eles sejam transformados respectivamente para sinais de posição e sinais de vibração amostrados no espaço ~ (t) e y (t) debaixo de uma lei de amostragem não linear definida como um mapeamento F: RⁿxRⁿxR^R^M, cujos argumentos são:

onde Ax representa o período de amostragem espacial que está relacionado à dimensão física mínima da falha que pode ser detectada pelo algoritmo, e está na ordem de magnitude de décimos ou centésimos de graus.

[77] Expresso em mapeamento de pseudocódigo F é

0:

:= π C);

while ? < n while · | < Δ,ι: .í := ·/ + 1;

end

end o que significa em termos simples que os pontos em ~ são separados por um espaço de tempo variável, porém uma rotação fixa. Se não for possível encontrar um ponto em ~ que corresponda ao espaço de rotação desejado, o algorítmo interpola de maneira linear entre os dois valores mais próximos.

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 32/40 / 27 [78] É digno observar que como mostrado nas figuras 12a e 12b, quando o sinal de posição processado X (t) aumenta de maneira monotônica com o tempo t (figura 12a), então o sinal de posição amostrado em espaço ~ (t), quando plotado contra o tempo modificado τ é uma linha reta inclinada que, quando o movimento é invertido de maneira cíclica, se torna uma onda triangular com rampas que sobem e descem, cuja inclinação é constante em módulo, porém diferente em sinal (figura 12b) de.

[79] Graças ao mapeamento F é assim possível gerar um sinal de vibração amostrado em espaço ~ (t) onde a assinatura de frequência de uma dada tipologia de falha pode ser encontrada desde que as outras suposições anteriormente mencionadas se mantenham. Em particular, para identificar a assinatura de frequência no sinal de vibração amostrado em espaço ~ (t) é necessário computar a frequência de dano fd com base em (1), cuja computação requer que a computação preliminar da frequência de rotação fr do eixo do servomotor ou, alternativamente, do anel interno com relação ao anel externo. Como o sinal de posição amostrado em espaço x (t) é indicativo da posição de eixo como vista pela amostragem constante, o valor absoluto da inclinação (constante) do sinal de posição amostrado em espaço ^xx (t) é a frequência de rotação fr imaginada, que também corresponde à média do valor absoluto da velocidade de rotação no período de aquisição. Contudo, como dito antes com referência à figura 12, quando a rotação do eixo do servomotor, a saber, a rotação do anel interno com relação ao anel externo, é revertida de maneira cíclica, o sinal de posição amostrado em espaço ^xx (t) tem um desenvolvimento de tempo triangular, cuja inclinação é constante em módulo, porém diferente em sinal. Portanto, para que a frequência de rotação fr seja computada, é necessário fazer com que o sinal de posição amostrado em espaço ^xx (t) e o sinal de vibração amostrado em espaço ~ (t) consequentemente, pareçam como se eles fossem produzidos por uma rotação contínua do anel interno com relação ao anel externo, em uma e na mesma direção, isto é, sem qualquer inversão da direção de rotação,

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 33/40 / 27 e em uma velocidade constante através de todo o período de aquisição, assegurando assim um sinal constante da frequência de rotação f· durante todo o período de aquisição.

[80] Portanto, a quinta etapa do MCOT (bloco 500) é inverter, isto é, retornar (virar de cabeça para baixo) aquelas porções dos sinais de posição e de vibração amostrados ~ (t) e ~ (t) que correspondem a qualquer dos dois grupos de rampas de subida e de descida no sinal de posição amostrado em espaço ~ (t). Desta maneira o perfil do sinal de posição amostrado em espaço ~ (t) muda de um triangular para um em dente de serra, cuja inclinação é constante tanto em módulo quanto em sinal durante todo o período de aquisição, assegurando assim uma frequência de rotação fr com um sinal constante durante todo o período de aquisição. Esta operação de inversão (fliping over) resulta nos sinais invertidos de posição e de vibração mostrados nas figuras 13 e 14, onde o último se relaciona à primeira modalidade da presente invenção, e daí delineia os sinais de posição e de vibração amostrados em espaço ~ (t) e ~ (t) obtidos amostrando em espaço os sinais de vibração processados x (t) e y (t) mostrados na figura 5, enquanto a última se relaciona à segunda modalidade da presente invenção e daí delineia os sinais de posição e de vibração amostrados no espaço ~ (t) e ~ (t) obtidos amostrando em espaço os sinais de posição e de vibração processados x (t) e y (t) mostrados na figura 8, e no qual as porções dos sinais de posição e de vibração amostrados no espaço ~ (t) e ~ (t) que foram invertidas (flipped over) são aquelas que correspondem às rampas de descida do sinal de posição amostrado em espaço ~ (t).

[81] Merece reforçar que a operação de inverter (flipping over) é necessária somente quando o eixo do servomotor e daí o mancal de rolamento associado é operado de modo a inverter de maneira cíclica sua direção de rotação, enquanto não é necessária de todo quando o eixo do servomotor e daí o mancal de rolamento associado é operado de maneira cíclica. sem inverter sua direção de

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 34/40 / 27 rotação.

[82] Também é digno observar que para movimentos cíclicos, o fato que (1) se mantém, também depende da operação de cortar antes da reamostragem, uma vez que isto garante que para cada ciclo está presente um número inteiro de impactos no componente potencialmente danificado.

[83] Ao final, a sexta e última etapa do MCOY (bloco 600) é computar a frequência de rotação fr e então a frequência de dano fd com base no sinal de posição invertida, computar o espectro de frequência do sinal de vibração invertido transformando esta última com a Transformada Rápida de Fourier, e então pesquisar picos no espectro de frequência do sinal de vibração invertido, que são separados em frequência por uma quantidade igual à frequência de dano fd como na análise de vibração clássica.

[84] As figuras 15 e 16 mostram dois espectros de frequência de um sinal de vibração invertido obtido implementando duas vezes o MCOT de acordo com a primeira modalidade da presente invenção, para testar um mancal de rolamento para uma falha no anel interno e, respectivamente, no anel externo. Em particular, a assinatura de frequência (frequência de dano fd e o seu primeiro harmônico mais alto correspondente) relacionada a uma falha de anel interno está delineada pelos quadrados na figura 15 enquanto a assinatura de frequência que relaciona a uma falha de anel externo está delineada por círculos na figura 16. Como pode ser apreciado na figura 15, a frequência de dano relativa a uma falha de anel interno está em um valor onde a envoltória do espectro de frequência tem um máximo relativo, sendo assim indicativo de uma falha no anel interno, enquanto na figura 16 a frequência de dano relativa a uma falha de anel externo está presente em um valor onde a envoltória do espectro de frequência tem um mínimo relativo, sendo assim indicativa de nenhuma falha no anel externo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para prever uma falha em um mancal de rolamento (3) o mancal de rolamento (3) incluindo anéis internos e externos (3a, 3b) e corpos de rolamento (3c) igualmente distribuídos angularmente entre eles, o método caracterizado pelo fato de compreender:

- processar um sinal de posição (x(t)) indicativo de uma posição angular relativa do anel interno (3a) com relação ao anel externo (3b), e um sinal de vibração (y(t)) indicativo de vibrações relacionadas a velocidade no mancal de rolamento (3), de tal modo que eles correspondam a qualquer de um deslocamento angular dos corpos de rolamento (3c) igual a um número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes (3c) ou um número inteiro de rotações completas do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b);

- amostragem de espaço do sinal de vibração processado (Y (t)) com base no sinal de posição processado (X (t)); e

- prever uma falha no mancal de rolamento (3) com base no sinal de vibração amostrado em espaço (~ (t)).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de processar sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) incluir:

- remover dos sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) aquelas porções dos mesmos que fazem com que as mesmas não correspondam a qualquer deslocamento angular dos corpos de rolamento (3c) igual a um número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes (3c) do mancal de rolamento (3) ou um número inteiro de rotações completas do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b); e

- fundir as porções remanescentes dos sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) um depois do outro.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de quando o mancal de rolamento (3) é operado de maneira cíclica

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2 / 4 sem reverter a direção de rotação relativa do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b) processar a posição dos sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) incluir:

- processar os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) de tal modo que eles correspondam em cada ciclo de operação ou a um deslocamento angular dos corpos de rolamento (3c) igual ao número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes (3c) ou um número inteiro de rotações completas do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b).
4. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de quando o mancal de rolamento (3) é operado para inverter de maneira cíclica a direção de rotação relativa do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b) processar os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) incluir:

-processar os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) de tal modo que eles correspondam em cada ciclo de operação ou a um deslocamento angular dos corpos de rolamento (3c) igual a um número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes (3c) ou um número inteiro de rotações completas do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b); e

- processar o sinal de vibração amostrado em espaço (~ (t)) de tal modo que ele corresponda a uma rotação contínua do anel interno (3a) em relação ao anel externo (3b) em uma e a mesma direção e em uma velocidade constante.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que processar o sinal de vibração amostrado em espaço (~ (t)) inclui:

- amostragem de espaço do sinal de posição processado ( X (t)), pelo que gerar um sinal de posição amostrado em espaço (~ (t)) que tem que um desenvolvimento de tempo substancialmente triangular com rampas de subida e descida; e

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3 / 4

- reverter aquelas porções do sinal de vibração amostrado em espaço (~ (T)) que correspondem à ou às rampas de subida ou descida no sinal de posição amostrado em espaço (~ (t)).
6. Método de qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que processa os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) ainda inclui:

- computar um deslocamento angular relativo dos corpos de rolamento (3c) com relação a um selecionado dos anéis internos e externos (3a, 3b) de tal modo que seja igual a um número inteiro de espaços angulares entre corpos de rolamento adjacentes (3c) com base no sinal de posição (x(t)); e

- processar os sinais de vibração (x(t), y(t)) com base no deslocamento angular relativo computado dos corpos de rolamento (3c).
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a amostragem em espaço incluir:

amostragem constante em espaço.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de prever uma falha no mancal de rolamento (3) incluir:

- transformar com transformada rápida de Fourier o sinal de vibração amostrado em espaço (~ (t)), pela geração de um espectro de frequência do sinal de vibração amostrado em espaço (~ (t)), e

- pesquisar por uma assinatura de frequência característica da falha.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de ainda incluir:

- selecionar um dos anéis internos e externos (3a, 3b); e

- realizar o método como definido nas reivindicações precedentes para testar o mancal de rolamento (3) para uma falha no anel

Petição 870190099649, de 04/10/2019, pág. 38/40

4 / 4 selecionado (3a, 3b).
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de processar os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) incluir:

- amostrar em tempo os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)).
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de processar os sinais de posição e vibração (x(t), y(t)) incluir:

- filtrar por passa faixa e realizar uma análise de envoltória no sinal de vibração (y(t)).
12. Meio de armazenamento legível por computador, caracterizado pelo fato de que compreende instruções legíveis por computador que, quando lidas por um computador, fazem com que o mesmo execute o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.