Rastreo de Vibración

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Rastreo de Vibración – La Técnica de Espejo – Observe lo Invisible

Por increíble que parezca, la vibración (o al menos una gran parte de ella) puede detectarse mediante la grabación de vídeo con una resolución increíble. Ahorrando un gran número de horas en estudios que antes eran muy largos, si no imposibles de realizar. Todo ello mediante el Rastreo de Vibración.

Inspirado en el Avión de Mando y Control; EC-135 que sirvió como centro de mando y control de lanzamientos estratégicos de las Naciones Unidas durante la guerra fría, ERBESSD INSTRUMENTS ha creado la Técnica de Espejo dentro de DragonVision™ para diferenciarla de las técnicas comunes.

Entonces, ¿qué es el Rastreo de Vibración? Y mejor aún, ¿para qué sirve?

¿Qué es La Técnica de Espejo?

La Técnica de Espejo es el método de ERBESSD INSTRUMENTS utilizado para obtener señales de Vibración Significativas a partir de una grabación de vídeo combinada con un método de calibración único y fiable que utiliza una señal de acelerómetro tradicional. Es un método de análisis de vibraciones que utiliza nuestro exclusivo algoritmo de seguimiento de micro movimientos en archivos de vídeo. De hecho, se utiliza hoy en día para detectar y medir las vibraciones de miles de puntos simultáneamente con una sola grabación de vídeo.

Los resultados de este tipo de análisis de vibraciones dependen de la calidad de la grabación. Asimismo, la frecuencia máxima visible en los espectros está relacionada con el número de fotogramas por segundo que se hayan tomado.

Conozca más sobre Dragon Vision™ – Tecnología de Deflexión de Video

¿Cómo me puede ayudar La Técnica de Espejo?

El Rastreo de Vibración en video permite a los usuarios medir miles de puntos al mismo tiempo que, de otro modo, serían imposibles de medir o consumirían mucho tiempo con los métodos convencionales. De este modo, ofrece la posibilidad de analizar las estructuras, el movimiento, la deflexión y la fase con mucha más precisión y con muy poco esfuerzo. Al mismo tiempo, esta técnica permite a los usuarios exportar simulaciones de vibración amplificadas que son muy fáciles de interpretar incluso para personas que no son expertas en el análisis vibratorio.

¿Cómo funciona La Técnica de Espejo?

El movimiento más pequeño que puede detectar este método es mucho menor que el tamaño del píxel de una cámara convencional. ¿Cómo funciona?

El principio de este método se basa en el hecho de que, en una cámara convencional, antes de que un objeto se mueva de un píxel a otro, crea un pequeño cambio de color en el píxel siguiente. De hecho, el color de ambos píxeles cambia progresivamente hasta que el objeto ocupa por completo el siguiente píxel del sensor.

Este método mide el cambio en la cantidad de color de cada uno de los píxeles (de hecho, de toda un área de píxeles). En primer lugar, el software identifica patrones de color dentro de pequeñas áreas predefinidas. Estos patrones deben tener diferencias de color importantes para poder distinguirlos del resto de los patrones. Las áreas objetivo son encontradas automáticamente por el software y el usuario sólo puede modificar algunos parámetros de calidad y superficie.

En segundo lugar, para cada fotograma de vídeo, el software identificará el promedio de los cambios de color en los puntos seleccionados y su área correspondiente. De este modo, es capaz de rastrear los pequeños cambios en cada fotograma con gran precisión.

Al final, toda esa información obtenida se traduce en señales de vibración que pueden ser estudiadas por su FFT, fase o forma de onda temporal.

(Image 1: Tracking vibration points at 3550 RPM)

Confiabilidad en Amplitud

Para obtener valores fiables de rastreo de vibración, es imprescindible disponer de un sistema de calibración. Todas las cámaras tienen diferentes tipos de lentes, así como resoluciones, sin olvidar que el Zoom utilizado y la distancia a la que se toma el vídeo pueden cambiar la apreciación del movimiento.

Por lo tanto, el sistema necesita una calibración comparativa para conseguir fiabilidad. El mejor método para calibrar estas señales es el uso de un acelerómetro.

Existen 2 métodos comparativos utilizados para calibrar este tipo de señales:

Por valor RMS: este método requiere que se mida un único punto de la máquina con un vibrómetro convencional. El software calibrará entonces el movimiento según el valor RMS de ese punto.

Por canal cruzado: este método es el más preciso y requiere una grabación completa de la señal de vibración para que el software la procese en forma de espectro (FFT). Utilizando este método el software podrá calibrar cada frecuencia individualmente eliminando las falsas frecuencias que pudieran generarse por el efecto Aliasing.

¿Qué fallas se pueden diagnosticar con La Técnica de Espejo?

Hay muchos fallos que se pueden detectar con esta técnica. Principalmente los relacionados con las bajas frecuencias y la fase. Por ejemplo:

  • Desbalance
  • Desalineado
  • Holgura Mecánica
  • Ejes doblados
  • Excentricidad
  • Resonancia
  • Frecuencias naturales (prueba de impacto)
  • Ruido eléctrico
(Image 2: Spectrum acquired from the video – Harmonics Analysis)

Análisis de Vibración Diferencial

El análisis diferencial de las vibraciones es un estudio que analiza la vibración de una zona restando las vibraciones de otra zona. Un ejemplo es medir la vibración de un motor eléctrico restando la vibración de su propia base (que podría ser generada por una masa mayor o por otro motor). Este método analiza la vibración procedente exclusivamente de este motor.

El análisis de las vibraciones diferenciales es un tipo de estudio muy poco frecuente debido a la dificultad de realizarlo con las técnicas actuales. Con la Técnica del Espejo es muy fácil porque sólo hay que seleccionar una zona de referencia para que estas vibraciones se resten automáticamente del resto de los puntos.

(Image 1: Tracking vibration points at 3550 RPM)
(Image 4: Phase Analysis)

Análisis de Vibraciones No Invasivo

Hay muchos casos en los que la masa de un acelerómetro cambia completamente el comportamiento de la vibración. Este es el caso cuando se intenta recoger datos significativos de objetos con masas pequeñas, como un cable, un motor muy pequeño, aviones de radiocontrol, etc.

La Técnica de Espejo elimina por completo este problema, ya que al no utilizar sensores, el objeto analizado vibrará de forma natural.

Análisis de Vibración a gran escala

Otra de las principales limitaciones del análisis de vibraciones son los objetos de gran tamaño, como edificios, puentes, grandes buques y aviones.

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Limitations of the Vibration Analysis Looking Glass Technique

La Técnica de Espejo es un excelente complemento para los analizadores de vibraciones, pero aún no es un sustituto, ya que todavía tiene algunas limitaciones relacionadas con la frecuencia máxima y la resolución de la amplitud.

La frecuencia máxima viene determinada por el número de fotogramas por segundo tomados por la cámara (Frame Rate). Así, la frecuencia máxima visible será la mitad de los cuadros por segundo (y para una amplitud fiable sería: Cuadros por segundo / 2,56).

La Resolución de la Amplitud dependerá del número de píxeles de la cámara, así como de la distancia de la cámara al objeto y del zoom utilizado. Obteniendo mejores resoluciones al acercarse al objeto a medir.

Aliasing: Otro problema de este tipo de análisis es la imposibilidad de evitar el efecto Aliasing. Normalmente, los analizadores de vibraciones comunes eliminan este efecto mediante filtros analógicos incorporados en la interfaz de adquisición de datos. Sin embargo, en un vídeo, esto simplemente no es posible. Dragon Vision incorpora un método de calibración que depende de un acelerómetro tradicional, donde analiza los espectros y elimina las frecuencias causadas por el efecto Aliasing. De este modo, calibra la señal en todo el espectro, haciendo que la lectura sea mucho más fiable tanto en frecuencia como en amplitud. De hecho, todo este proceso reduce hasta en un 95% el ruido de fondo inherente a la propia cámara.

Para más información del efecto de “Aliasing”: https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing

Detección de zonas de vibración

De forma prácticamente inmediata. DragonVision™ es capaz de identificar las zonas con mayor vibración mediante un algoritmo de detección de micromovimientos. Incluso aísla y filtra los movimientos de tu propia mano mientras sostienes la cámara.

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filtro ANTI-ALIASING

DragonVision™ incorpora un filtro antialiasing que utiliza la comparación de canal cruzado. De este modo, se eliminan de la FFT las frecuencias inexistentes producidas por el fenómeno de Aliasing debido a la baja frecuencia de muestreo de las cámaras de vídeo.

Para más información del efecto de “Aliasing”: https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing

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