Condition monitoring op basis van geluid

Frequentie, sterkte en richting geven mate en locatie van slijtage aan

 

Bij Tata Steel in het Nederlandse IJmuiden worden letterlijk kilometers aan transportbanden ingezet om kolen en ertsen van schepen naar de fabrieken te transporteren. Om de conditie van de duizenden rollen in deze transportbanden te monitoren, is men onlangs gestart met proeven waarin akoestische sensoren slijtage waarnemen op basis van geluid. Een belangrijk voordeel is dat deze sensoren ook relatief nauwkeurig de locatie kunnen detecteren van bijvoorbeeld een kapot lager; ook vanaf grotere afstanden.

Akoestische sensoren

Akoestische sensoren zijn op zich niet nieuw. De technologie waarmee de signalen te verwerken en te analyseren zijn, wordt echter steeds beter, terwijl deep learning en artificial intelligence ondersteunen bij het schrijven van geschikte algoritmes. Onder andere het bedrijf Sorama heeft hiermee inmiddels al vele jaren ervaring.

Paul van Dooren, product owner listener platform bij Sorama: "We zijn gestart met onze systemen in het kader van ‘smart city’ en toepassingen in openbare ruimtes en gebieden. Inmiddels hebben we onze grenzen verlegd naar de industrie, waar onderhoud een dankbaar thema is."

In de industrie

Een mooi voorbeeld hiervan is te vinden bij Tata Steel. Deze staalproducent maakt in het hele proces van grondstof tot ruwijzer gebruik van transportbanden, die zowel buiten over het terrein als binnen in de fabrieken lopen. En hoewel transportbanden op zich standaardcomponenten zijn, krijgen die bij Tata Steel toch de expliciete aandacht. Deze kritieke elementen bepalen immers of er overal voldoende grondstoffen zijn om te produceren. Wanneer hier problemen optreden, valt de productie stil, wat bij een bedrijf als dit eigenlijk geen optie is.

 

Rollenlagers

Tata Steel focust dan ook op de monitoring van de transportbanden, door de belangrijkste faaloorzaak te inspecteren: het slijten of uitvallen van rollichamen. Om die te controleren, lopen er dagelijks twee vaste inspecteurs langs de transportbanden, die letterlijk luisteren of er mogelijke problemen op komst zijn. Zij richten zich daarbij op afwijkende, hogere tonen, afkomstig van slijtende lagers of vervormende rollichamen.

"Rollen die vervormen door slijtage of een verkeerde belasting, geven een ander geluid dan 'gezonde' rollen"

Elisa Bot is maintenance manager bij Tata Steel en geeft aan: "Rollen die vervormen door slijtage of een verkeerde belasting, geven een ander geluid dan 'gezonde' rollen tijdens het lopen van de transportband. Onze inspecteurs hebben inmiddels zoveel ervaring dat zij vrij nauwkeurig kunnen horen of er afwijkingen zijn. Zij kunnen vervolgens tijdig de onderhoudsdienst waarschuwen om de falende rollen te vervangen."

Hoewel de inspecties op deze manier qua beschikbaarheid van de transportbanden een uitstekend rendement opleveren, gaan er ook enkele nadelen mee gepaard. Zo is het behoorlijk specialistisch werk, dat niet zomaar over te dragen is aan anderen die geen training en ervaring hebben. Bovendien is voor de inspecteurs lang niet altijd mogelijk om heel nauwkeurig het kapotte element aan te wijzen, waardoor in principe altijd het volledige rolstelsel wordt uitgewisseld.

Samenwerking Techport

Nu werkte Tata Steel de afgelopen jaren intensief samen met Techport en hierdoor kwam het bedrijf in contact met Sorama.

Gerik ten Berge van Techport: "Techport is een netwerk van scholen, bedrijven en overheden dat zich sterk maakt voor de toekomst van de maak- en onderhoudsindustrie. Zo is onder andere een Fieldlab Smart Maintenance opgezet – inclusief proeffabriek – en worden in samenwerking met partners diverse use cases in fabrieken op het gebied van Smart Maintenance opgezet. Techport fungeert hierbij als platform om relevante partijen met elkaar in contact te brengen. In dit geval heeft Sorama zelf contact opgenomen om hun technologie beschikbaar te stellen voor onze proeffabriek. We zijn deze samenwerking graag aangegaan, omdat de techniek complementair is aan het aanbod van andere Techport-partners. Bij het zoeken naar een geschikte use case, was de koppeling met Tata Steel snel gemaakt."

Software trainen

Het idee was om geluidopnemers langs de transportbanden te plaatsen en hiermee de geluiden van de rollen op te vangen. Deze moeten vervolgens worden geanalyseerd, met behulp van software die geleerd heeft welke geluiden bij een gezond lager horen en welke duiden op slijtage of vervorming; rekening houdend met het feit dat ieder type lager weer zijn eigen akoestische profiel heeft. Voorts mag de software geen omgevingsgeluiden meenemen die niks met het functioneren van de transportband te maken hebben.

trainen In het lab

Paul van Dooren: "Het ‘trainen’ van de software is hoofzakelijk in het lab van Sorama gebeurd. Hoewel dit ons dagelijks werk is, blijft het schrijven van een optimaal algoritme voor een specifieke toepassing een complexe zaak. Ook wij moeten ons hiervoor volledig verdiepen in het gedrag en de geluidsproductie van lagers in verschillende toestanden, uitzoeken welke frequentiebanden relevant zijn om schade of vervorming aan te tonen enzovoort. We worden hierbij overigens wel geholpen door de huidige ontwikkelingen, waarbij vooral de snelheid waarmee data te verwerken zijn een rol speelt. Hierdoor worden algoritmes steeds nauwkeuriger en is de technologie uiteindelijk steeds beter toe te passen."

 

Testen in het veld

Inmiddels zijn de eerste sensoren bij Tata Steel op locatie getest. Hierbij is ervoor gekozen om de sensoren op een afstand van 15 m te plaatsen. De eerste resultaten zijn ronduit veelbelovend te noemen.

Elisa Bot: "We kwamen erachter dat de sensoren meer horen dan wij als mensen dat kunnen. Dat is al een voordeel. Daarbij heb je nog te maken met een systeem dat kan meten, zonder dat het zich daadwerkelijk in de installatie bevindt. Die laatste ondervindt dus geen invloed van het meetsysteem, iets wat bij trillingsmetingen wel aan de orde kan zijn. Daarbij, en dat is misschien nog wel het belangrijkste, zijn de sensoren in staat om heel nauwkeurig de richting van het geluid aan te geven. Hiermee kunnen we relatief nauwkeurig bepalen welke rol nu juist afwijkend verdrag vertoont. Zo hoeven we niet meer een hele set of diverse rolstellen uit wisselen, maar slechts één enkele rol."

En nu verder

Op basis van de eerste resultaten heeft Tata Steel besloten met deze techniek verder te gaan. En daarbij is nog voldoende werk aan de winkel.

 

Elisa Bot: "Uiteindelijk is het de bedoeling dat de data die worden gemeten automatisch in ons SAP-systeem worden gedocumenteerd. Dit om een geschiedenis op te bouwen en die te kunnen gebruiken voor analyse - zijn er lagers die vaker kapot gaan dan andere? - en eventueel ook als bewijsmateriaal. Bovendien biedt dit de mogelijkheid de probleemgevallen automatisch te melden aan de onderhoudsdienst, zodat zij een nadere inspectie of vervanging kunnen inplannen."