ISO 18434-2:2019
(Main)Condition monitoring and diagnostics of machine systems — Thermography — Part 2: Image interpretation and diagnostics
Condition monitoring and diagnostics of machine systems — Thermography — Part 2: Image interpretation and diagnostics
This document provides specific guidance on the interpretation of infrared thermograms as part of a programme for condition monitoring and diagnostics of machine systems. In addition, IR applications pertaining to machinery performance are addressed. This document is intended to: — provide guidance on establishing severity assessment criteria for anomalies identified by IRT; — outline methods and requirements for carrying out thermography of machine systems, including safety recommendations; — provide information on image interpretation, assessment criteria and reporting requirements.
Surveillance et diagnostic de l'état des systèmes de machines — Thermographie — Partie 2: Interprétation d'image et diagnostic
Le présent document fournit des recommandations spécifiques sur l'interprétation des thermogrammes infrarouges dans le cadre d'un programme de surveillance et de diagnostic de l'état des systèmes de machines. Il aborde en outre les applications de l'infrarouge relatives aux performances des machines. Le présent document est destiné à: — fournir des recommandations quant à l'établissement de critères d'évaluation de la gravité des anomalies identifiées par la TIR; — décrire dans les grandes lignes les méthodes et les exigences relatives à l'application de la thermographie des systèmes de machines, y compris les recommandations de sécurité; — fournir des informations concernant l'interprétation des images, les critères d'évaluation et les exigences relatives aux rapports d'essai.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18434-2
First edition
2019-03
Condition monitoring and
diagnostics of machine systems —
Thermography —
Part 2:
Image interpretation and diagnostics
Surveillance et diagnostic de l'état des systèmes de machines —
Thermographie —
Partie 2: Interprétation d'image et diagnostic
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Thermal condition monitoring . 2
4.1 Application of thermal imaging within condition monitoring programmes . 2
4.2 Correlation with other technologies . 2
4.3 Performance monitoring . 2
5 Equipment choice . 2
5.1 Lens choice . 2
5.2 Infrared windows and sight glasses . 2
5.3 IR camera characteristics . 3
5.3.1 General. 3
5.3.2 Image capture speed . 3
5.3.3 Wavelength choice . 3
5.3.4 Camera lens filters . 3
6 Data collection . 3
6.1 Thermogram and photograph content . 3
6.2 Error sources, accuracy and repeatability . 4
6.2.1 IR camera location . 4
6.2.2 Emissivity . 5
6.2.3 Focus, range and distance . 5
6.2.4 Machine operating conditions . 5
6.2.5 Environmental conditions . 5
6.2.6 Calibration . 5
7 Machine bearing location identification convention . 5
8 Severity criteria . 5
8.1 Baseline measurements . 5
8.2 Typical guidelines . 5
9 Image interpretation guidelines . 6
10 Diagnosing thermodynamic problems . 6
10.1 General principles . 6
10.2 Heat generation . 7
10.2.1 General. 7
10.2.2 Surface friction . 7
10.2.3 Fluid friction . 7
10.2.4 Electrostatic discharge heating . 7
10.2.5 Electrical (induced current) discharge heating . 7
10.2.6 Exothermic reaction heating . 8
10.2.7 Electromagnetic heating . 8
10.2.8 Compression heating . 8
10.2.9 Material cyclic deformation heating . 8
10.2.10 Electrical resistance heating . 8
10.3 Abnormal heat distribution . 8
10.4 Applied heat . 8
10.5 Heat loss. 9
10.6 Heat transfer . 9
Annex A (informative) Case examples .10
Bibliography .26
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and
condition monitoring, Subcommittee SC 5, Condition monitoring and diagnostics of machine systems.
A list of all parts in the ISO 18434 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
Introduction
This document provides specific guidance on the interpretation of infrared thermograms as part of
a programme for condition monitoring and diagnostics of machines. Thermography can be used
to identify and document anomalies for the purposes of condition monitoring of machines. These
anomalies are usually caused by such mechanisms as operation, improper lubrication, misalignment,
worn components or mechanical loading anomalies.
Infrared thermography is based on measuring the distribution of radiant thermal energy (heat)
emitted from a target surface, and converting this to a map of radiation intensity differences (surface
temperature map) or thermogram. The thermographer therefore requires an understanding of heat,
temperature and the various types of heat transfer as essential prerequisites when undertaking an
IR programme. Thermal energy is present with the operation of all machines. It can be in the form
of friction or energy losses, as a property of the process media, produced by the actual process itself
or any combination thereof. As a result, temperature can be a key parameter for monitoring the
performance of machines, the condition of machines and the diagnostics of machine problems. Infrared
thermography is an ideal technology to do this temperature monitoring because it provides complete
thermal images of a machine, or a machine component, with no physical attachments (non-intrusive),
requires little set-up and provides the results in a very short period of time.
Although extremely useful, IRT has a limitation in that radiometric sensing is susceptible to
unacceptable error when used on most low emissivity surfaces.
vi © ISO 2019 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18434-2:2019(E)
Condition monitoring and diagnostics of machine
systems — Thermography —
Part 2:
Image interpretation and diagnostics
1 Scope
This document provides specific guidance on the interpretation of infrared thermograms as part of a
programme for condition monitoring and diagnostics of machine systems.
In addition, IR applications pertaining to machinery performance are addressed.
This document is intended to:
— provide guidance on establishing severity assessment criteria for anomalies identified by IRT;
— outline methods and requirements for carrying out thermography of machine systems, including
safety recommendations;
— provide information on image interpretation, assessment criteria and reporting requirements.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
ISO 13373-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring —
Part 1: General procedures
ISO 13379-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Data interpretation and diagnostics
techniques — Part 1: General guidelines
ISO 17359, Condition monitoring and diagnostics of machines — General guidelines
ISO 18434-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General
procedures
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13372 and ISO 18434-1 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
4 Thermal condition monitoring
4.1 Application of thermal imaging within condition monitoring programmes
Within typical condition monitoring programmes, thermal imaging of mechanical components of a
machine system is not typically used as a primary monitoring technique. The exceptions to this are
when heat generation or transfer characteristics are a primary indicator of impending failure or
performance deterioration or where rapid scanning using thermal imaging is more economical and
efficient. Another exception is when applied heat is a primary cause of failure.
4.2 Correlation with other technologies
Typically, thermal imaging is used in a condition monitoring programme to detect thermal
characteristics of failure modes previously identified by another technology. In this scenario, thermal
imaging can be used both to confirm the presence of a failure mode and to validate its severity.
Exceptions to this occur when the primary symptom of failure is heat generation or heat loss such as
bypassing reciprocating compressor valves, leaking or blocked heat exchangers, insulation failure,
refrigerant leaks or electrical faults.
4.3 Performance monitoring
Thermal imaging is also applicable in the field of performance monitoring of a process and the machine
at the machine/product interface. Typically, such application also involves the use of thermal imaging in
a product quality assurance and/or control role whereby machine failure is identified via deterioration
in product quality.
Examples of this are when the production process involves exothermic reactions such as foam
manufacturing or high temperature applications such as plastic extrusion.
5 Equipment choice
5.1 Lens choice
Infrared (IR) cameras with fixed lenses can have limitations with respect to resolution and field of view
and might not be suitable for all applications. For IR cameras where different lenses can be used, there
is normally a choice of lenses including standard, wide angle, telephoto and macro.
For machine condition monitoring, wide angle lenses are particularly useful for gaining images
containing the maximum machine surface area for comparison of apparent temperature. If wide-angle
lenses are not available then IR cameras with a larger field of view (FOV) are more suitable. This allows
the comparison of multiple components in a single image. This lens type is also useful in confined space
areas where the standoff distance can be very small.
Telephoto lenses are useful for remote component locations such as elevated conveyors and equipment,
vessels and outdoor substations. They may also be used for small items.
IR camera FOV, instantaneous field of view (IFOV) and detector characteristics should be considered in
conjunction with lens characteristics to ensure thermal resolution is appropriate.
Macro lenses are not typically used for machine condition monitoring but can be used for product
quality monitoring. An example is monitoring the quality of glass fibre optics.
5.2 Infrared windows and sight glasses
Infrared windows or sight glasses can be used for internal inspection of electrical cabinets, some
mechanical equipment, high temperature applications such as boilers and furnaces, or where access
through doors and panels is required.
2 © ISO 2019 – All rights reserved
5.3 IR camera characteristics
5.3.1 General
When selecting an IR camera, the condition monitoring application shall be considered to ensure
the suitability of the equipment. Smaller, less expensive IR cameras might not be suitable for many
applications due to their thermal, optical and image processing limitations.
Thermal sensitivity, spatial resolution, temperature range and time response should be carefully
considered with respect to the intended applications.
5.3.2 Image capture speed
For applications that involve video capture, high surface speeds and/or rapid changes in apparent
temperature, the use of a high speed IR camera can be required.
5.3.3 Wavelength choice
For most machine condition monitoring applications, both long-wave (approximately 8 µm to 14 µm)
and mid-wave (approximately 3 µm to 5 µm) IR cameras are suitable.
In some specific applications, such as monitoring thin film plastic extrusion equipment, a short-wave
(approximately 0,8 µm to 3 µm) or a mid-wave IR camera with specific filters can be required. Such IR
cameras are also useful for internal inspections of boilers and furnaces and gas leak detection. Short-
wave cameras are particularly necessary for material testing at very high temperatures (>1 000 °C).
For gas leak detection, the wavelength required depends on the gas.
5.3.4 Camera lens filters
For some specific failure modes, lens filters can be required. Examples include monitoring of thin plastic
films, boilers and furnaces, and gas leaks.
6 Data collection
6.1 Thermogram and photograph content
For condition monitoring applications, it is typical that many component locations are required in a
single image in order to facilitate rapid comparison of multiple component temperatures. This means
that it is advisable to acquire as much of the machines surface as possible in a single image.
Such image acquisition often requires
— large standoff distances,
— image acquisition at angles to the machine normally at the corners,
— elevated viewing locations.
Examples of good images with sufficient machine surface coverage are given in Figure 1.
Figure 1 — Single drive train thermogram
Figure 2 — Multiple machines (pump sets) comparison thermogram
Some systems also have the capability of image montage allowing the production of a single large image
from many smaller ones, which can be advantageous when analysing large machine trains.
It can also be useful to include within the same image an adjacent identical machine in order to
determine if any variation between them can reveal the presence of a failure mode (Figure 2). If a
difference exists, further investigation can be undertaken and additional comparison of the machines
operating conditions, behaviour and history can prove useful for diagnostics.
To aid with image identification and interpretation, photographs should be acquired from exactly the
same location, orientation and subject content as the thermal image.
6.2 Error sources, accuracy and repeatability
6.2.1 IR camera location
Images should be acquired from locations that minimize errors caused by other sources, such as
background reflections and solar reflections. For condition monitoring of machines, the image location
should include as much of the machine as possible to allow for comparison and pattern analysis in a
single image (Figure 1). Typically, such positions can include the acquisition of multiple machine faces in
a single thermogram from a 45° angle to the corner. Determination of reflected apparent temperatures
shall be in accordance with ISO 18434-1.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
6.2.2 Emissivity
Where temperature alarm criteria are used, all the emissivity of any anomalies shall be correctly
determined in order to ensure the accuracy of the temperatures displayed, the derived severities and
the subsequent recommendations. Determination of correct emissivity shall be in accordance with
ISO 18434-1.
6.2.3 Focus, range and distance
All images shall be in focus. Appropriate IR camera and image settings, i.e. range, level, span, contrast
and sensitivity, shall be selected for the application. These settings may differ between that necessary
for the determination of component load zone and thermal patterns as opposed to those necessary for
accurate temperature determination. The standoff distance shall be appropriately selected to ensure
adequate thermal and spatial measurement resolution of the anomaly.
For condition monitoring of machine systems, the most appropriate stand-off distance may be extremely
large to include the entire machine train in a single image to allow for comparison and pattern analysis.
Correction for stand-off distance shall be in accordance with ISO 18434-1.
6.2.4 Machine operating conditions
When routine assessment is carried out, the machine should be operating under steady state conditions
representative of normal operating conditions and after thermal equilibrium has been achieved. The
conditions at the time of assessment shall be recorded.
6.2.5 Environmental conditions
In many instances, field measurements of reflected apparent temperature and emissivity need to
be carried out in order to obtain correct temperatures. These measurements shall be carried out
in accordance with ISO 18434-1 as well as established industry standards and practices, relevant
International Standards and manufacturers’ guidelines.
6.2.6 Calibration
IR
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18434-2
Première édition
2019-03
Surveillance et diagnostic de l'état
des systèmes de machines —
Thermographie —
Partie 2:
Interprétation d'image et diagnostic
Condition monitoring and diagnostics of machine systems —
Thermography —
Part 2: Image interpretation and diagnostics
Numéro de référence
©
ISO 2019
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Surveillance de l’état thermique . 2
4.1 Application de l’imagerie thermique dans le cadre de programmes de surveillance
de l'état . 2
4.2 Corrélation avec d’autres techniques . 2
4.3 Surveillance des performances . 2
5 Choix de l’équipement . 2
5.1 Choix de l'objectif . 2
5.2 Fenêtres et viseurs infrarouges . 3
5.3 Caractéristiques de la caméra IR . 3
5.3.1 Généralités . 3
5.3.2 Vitesse de capture d’image . 3
5.3.3 Choix de la longueur d'onde . 3
5.3.4 Filtres d’objectif de caméra . 3
6 Collecte des données . 3
6.1 Contenu du thermogramme et de la photographie . 3
6.2 Sources d’erreur, exactitude et répétabilité . 5
6.2.1 Position de la caméra IR . 5
6.2.2 Émissivité . 5
6.2.3 Mise au point, champ et distance . 5
6.2.4 Conditions de fonctionnement de la machine . 5
6.2.5 Conditions d’environnement . 5
6.2.6 Étalonnage . 5
7 Convention d’identification de l’emplacement des paliers de la machine .5
8 Critères de gravité . 6
8.1 Mesurages de référence . 6
8.2 Lignes directrices types . 6
9 Lignes directrices relatives à l’interprétation des images . 6
10 Diagnostic des problèmes thermodynamiques . 7
10.1 Principes généraux . 7
10.2 Génération de chaleur. 7
10.2.1 Généralités . 7
10.2.2 Frottement de surface . 7
10.2.3 Frottement visqueux . 8
10.2.4 Échauffement par décharge électrostatique . 8
10.2.5 Échauffement par décharge électrique (courant induit) . 8
10.2.6 Échauffement par réaction exothermique . 8
10.2.7 Échauffement électromagnétique . 8
10.2.8 Échauffement par compression . 9
10.2.9 Échauffement dû à la déformation cyclique d’un matériau . 9
10.2.10 Échauffement par résistance électrique . 9
10.3 Répartition anormale de la chaleur . 9
10.4 Chaleur appliquée . 9
10.5 Déperdition de chaleur . 9
10.6 Transfert de chaleur .10
Annexe A (informative) Exemples de cas .11
Bibliographie .27
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 5, Surveillance et diagnostic des systèmes de machines.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 18434 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
Introduction
Le présent document fournit des recommandations spécifiques sur l'interprétation des thermogrammes
infrarouges dans le cadre d'un programme de surveillance et de diagnostic de l’état des machines. La
thermographie peut être utilisée pour identifier et documenter les anomalies constatées en vue de
surveiller l’état des machines. Ces anomalies ont habituellement pour origine des mécanismes tels que
l’exploitation, une lubrification inappropriée, un défaut d'alignement, l’usure des composants ou des
excès de chargement mécanique.
La thermographie infrarouge consiste à mesurer la répartition de l'énergie thermique rayonnée
(chaleur) émise par la surface d'une cible donnée et à la convertir en une carte des différences d'intensité
des rayonnements (carte des températures de surface) ou thermogramme. Le thermographiste doit
par conséquent comprendre ce que signifient la chaleur, la température et les différents types de
transfert de chaleur en préalable essentiel à l’exécution d’un programme TIR. L'énergie thermique est
inhérente au fonctionnement de toutes les machines. Elle peut se présenter sous la forme de pertes par
frottement ou de pertes d'énergie, en tant que propriété du matériau transformé, être produite par le
procédé proprement dit ou résulter de toute combinaison de ce qui précède. La température peut, de
ce fait, constituer un paramètre clé permettant de surveiller les performances et l’état des machines,
et de participer au diagnostic des problèmes constatés sur les machines. La thermographie infrarouge
représente une technique idéale pour le contrôle de la température, dans la mesure où elle fournit des
images thermiques complètes d'une machine ou d'un élément de machine, ne nécessite aucun accessoire
physique (procédé non intrusif), requiert une mise en œuvre minimale et donne des résultats très
rapidement.
Bien qu’extrêmement utile, la TIR atteint une certaine limite lorsque les surfaces visées ont une faible
émissivité, la difficulté des mesures radiométriques étant alors susceptible d'entraîner des erreurs
inacceptables.
vi © ISO 2019 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 18434-2:2019(F)
Surveillance et diagnostic de l'état des systèmes de
machines — Thermographie —
Partie 2:
Interprétation d'image et diagnostic
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des recommandations spécifiques sur l'interprétation des thermogrammes
infrarouges dans le cadre d'un programme de surveillance et de diagnostic de l’état des systèmes de
machines.
Il aborde en outre les applications de l’infrarouge relatives aux performances des machines.
Le présent document est destiné à:
— fournir des recommandations quant à l'établissement de critères d'évaluation de la gravité des
anomalies identifiées par la TIR;
— décrire dans les grandes lignes les méthodes et les exigences relatives à l'application de la
thermographie des systèmes de machines, y compris les recommandations de sécurité;
— fournir des informations concernant l'interprétation des images, les critères d'évaluation et les
exigences relatives aux rapports d'essai.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 13372, Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Vocabulaire
ISO 13373-1, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 1:
Procédures générales
ISO 13379-1, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Interprétation des données et techniques de
diagnostic — Partie 1: Lignes directrices générales
ISO 17359, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Lignes directrices générales
ISO 18434-1, Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Thermographie — Partie 1: Procédures
générales
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 13372 et
l'ISO 18434-1 s'appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
4 Surveillance de l’état thermique
4.1 Application de l’imagerie thermique dans le cadre de programmes de surveillance
de l'état
Dans le cadre de programmes types de surveillance de l’état, l’imagerie thermique des composants
mécaniques d’un système de machines ne constitue généralement pas une technique de surveillance
principale, excepté lorsque les caractéristiques de génération ou de transfert de chaleur sont un
indicateur essentiel d’une défaillance imminente ou d’une dégradation des performances ou lorsqu’un
balayage rapide par imagerie thermique est plus économique et efficace. Une autre exception concerne
le cas où la chaleur appliquée est la principale cause de défaillance.
4.2 Corrélation avec d’autres techniques
En général, l’imagerie thermique est utilisée dans le cadre d’un programme de surveillance de l’état
pour détecter les caractéristiques thermiques de modes de défaillance préalablement identifiés par une
autre technique. Dans ce scénario, l’imagerie thermique peut être utilisée à la fois pour confirmer la
présence d'un mode de défaillance et pour valider sa gravité, excepté lorsque le principal symptôme
de la défaillance est la génération de chaleur ou la déperdition de chaleur comme, par exemple, en cas
de contournement de vannes de compresseurs alternatifs, de fuite ou d’obstruction d’échangeurs de
chaleur, de défaillance de l’isolation, de fuites de fluide frigorigène ou de défauts électriques.
4.3 Surveillance des performances
L’imagerie thermique est également applicable dans le domaine de la surveillance des performances
d’un procédé et de la machine au niveau de l’interface machine/produit. En général, une telle application
implique également l’utilisation de l’imagerie thermique dans un rôle d’assurance et/ou de contrôle de
la qualité du produit, permettant d’identifier une défaillance de la machine via une détérioration de la
qualité du produit.
Une telle application est utilisée, par exemple, lorsque le processus de production implique des réactions
exothermiques, tel que la fabrication de mousse ou des applications à haute température telles que
l’extrusion de matières plastiques.
5 Choix de l’équipement
5.1 Choix de l'objectif
Les caméras infrarouges (IR) à objectifs fixes peuvent avoir des limites en termes de résolution et de
champ de vision et peuvent ne pas être adaptées à toutes les applications. Pour les caméras IR pouvant
utiliser différents objectifs, on dispose normalement d’une gamme d’objectifs, à savoir standard, grand
angle, téléobjectif et macro.
Pour la surveillance de l'état des machines, les objectifs grand angle sont particulièrement utiles pour
obtenir des images contenant la surface maximale de la machine en vue d’une comparaison de la
température apparente. Si des objectifs grand angle ne sont pas disponibles, des caméras IR à large
champ de vision sont alors plus adaptées. Cela permet de comparer plusieurs composants dans une
même image. Ce type d’objectif est également utile dans des espaces confinés où la distance optimale
peut être très faible.
Les téléobjectifs sont utiles pour des composants situés à distance tels que des transporteurs,
équipements et cuves surélevés, et des sous-stations à l’extérieur. Ils peuvent également être utilisés
pour les petits éléments.
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Il convient de tenir compte du champ de vision, du champ de vision instantané et des caractéristiques
du détecteur de la caméra IR ainsi que des caractéristiques de l’objectif pour s’assurer que la résolution
thermique soit appropriée.
Les objectifs macro ne sont généralement pas utilisés pour la surveillance de l'état des machines, mais
peuvent être utilisés pour la surveillance de la qualité du produit. Un exemple est la surveillance de la
qualité des fibres optiques en verre.
5.2 Fenêtres et viseurs infrarouges
Des fenêtres ou viseurs infrarouges peuvent être utilisés pour le contrôle interne d’armoires électriques,
de certains équipements mécaniques, d’applications à haute température telles que les chaudières et les
fours, ou lorsque l’accès par les portes et les panneaux est requis.
5.3 Caractéristiques de la caméra IR
5.3.1 Généralités
Lors de la sélection d'une caméra IR, l’application de surveillance de l’état doit être prise en compte
pour s’assurer de l’aptitude à l’emploi de l’équipement. Les petites caméras IR moins onéreuses peuvent
ne pas être adaptées à de nombreuses applications en raison de leurs limites thermiques, optiques et de
traitement de l'image.
Il convient de tenir dûment compte de la sensibilité thermique, de la réponse spatiale, de la plage de
température et du temps de réponse en fonction des applications prévues.
5.3.2 Vitesse de capture d’image
Pour les applications impliquant une capture vidéo, des vitesses de surface élevées et/ou des variations
rapides de la température apparente, l’utilisation d'une caméra IR à grande vitesse peut être requise.
5.3.3 Choix de la longueur d'onde
Pour la plupart des applications de surveillance de l'état des machines, des caméras IR à ondes longues
(environ 8 µm à 14 µm) et à ondes moyennes (environ 3 µm à 5 µm) conviennent.
Dans certaines applications spécifiques, telles que la surveillance d’un équipement d’extrusion de film
plastique mince, une caméra à ondes courtes (environ 0,8 µm à 3 µm) ou à ondes moyennes, équipée
de filtres spécifiques, peut être requise. De telles caméras IR sont également utiles pour les contrôles
internes de chaudières et de fours et la détection de fuites de gaz. Les caméras à ondes courtes sont
particulièrement nécessaires pour les essais de matériau à très hautes températures (> 1 000 °C). Pour
la détection de fuites de gaz, la longueur d’onde requise dépend du gaz.
5.3.4 Filtres d’objectif de caméra
Pour certains modes de défaillance spécifiques, des filtres d’objectif peuvent être requis. Les exemples
comprennent la surveillance de films plastiques minces, de chaudières et de fours, et des fuites de gaz.
6 Collecte des données
6.1 Contenu du thermogramme et de la photographie
Pour les applications de surveillance de l’état, il est généralement nécessaire que de nombreux
composants soient présents dans une même image afin de faciliter une comparaison rapide des
températures de plusieurs composants. Cela signifie qu’il est judicieux de capturer autant de surface de
machines que possible dans une seule image.
Une telle acquisition d’image nécessite souvent
— de grandes distances optimales,
— une acquisition d'image selon des angles par rapport à la machine, normalement au niveau des angles,
— des positions d’observation surélevés.
Des exemples d’images satisfaisantes couvrant une surface suffisante de machines sont donnés à la
Figure 1.
Figure 1 — Thermogramme d’un train de transmission simple
Figure 2 — Thermogramme pour comparaison de plusieurs machines (groupes de pompage)
Certains systèmes offrent également la possibilité de réaliser un montage d’image permettant de
produire une seule grande image à partir de plusieurs images plus petites, ce qui peut être avantageux
lors de l’analyse de trains de machines de grandes dimensions.
Il peut également être utile d’inclure dans la même image une machine identique adjacente afin de
déterminer si une variation entre elles peut révéler la présence d’un mode de défaillance (Figure 2). En
cas de différence, une étude plus poussée peut être effectuée et une comparaison supplémentaire des
conditions de fonctionnement des machines, de leur comportement et de leur historique peut s’avérer
utile à des fins de diagnostic.
Pour faciliter l’identification et l’interprétation des images, il convient de prendre les photographies
depuis exactement la même position, selon la même orientation et avec le même contenu que l’image
thermique.
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6.2 Sources d’erreur, exactitude et répétabilité
6.2.1 Position de la caméra IR
Il convient d’acquérir les images à partir de positions permettant de réduire les erreurs dues à d’autres
sources, telles que les réflexions de l’arrière-plan et les réflexions solaires. Pour la surveillance de l'état
des machines, il convient que l’image comprenne une surface aussi grande que possible de la machine
en vue de la comparaison et de l’analyse des profils dans une seule image (Figure 1). En général, de
telles positions permettent l’acquisition de plusieurs faces de la machine dans un seul thermogramme
selon un angle de 45° par rapport à l’angle. La détermination des températures apparentes réfléchies
doit être conforme à l'ISO 18434-1.
6.2.2 Émissivité
Lorsque des critères d’alarme liés à la température sont utilisés, l’émissivité de toute anomalie doit être
déterminée correctement afin de s’assurer de l’exactitude des températures affichées, de la gravité qui
en découle et des recommandations ultérieures. La détermination de l’émissivité correcte doit être
conforme à l'ISO 18434-1.
6.2.3 Mise au point, champ et distance
Toutes les images doivent être nettes. Des réglages appropriés de la caméra IR et de l’image, c’est-à-dire
champ, niveau, portée, contraste et sensibilité, doivent être sélectionnés pour l’application. Ces réglages
peuvent différer selon qu’ils concernent la détermination de la zone de charge et des profils thermiques
d'un composant ou la détermination de la température exacte. La distance optimale doit être choisie
de manière appropriée pour assurer une résolution de mesure thermique et spatiale adéquate de
l’anomalie.
Pour la surveillance de l’état de systèmes de machines, la distance optimale la plus appropriée peut
être extrêmement grande afin d’inclure l’ensemble du train de la machine dans une seule image à des
fins de comparaison et d’analyse des profils. La correction de la distance optimale doit être conforme à
l'ISO 18434-1.
6.2.4 Conditions de fonctionnement de la machine
Lorsque l’évaluation de routine est effectuée, il convient que la machine fonctionne dans des conditions
stables représentatives des conditions normales de fonctionnement et après avoir atteint l’équilibre
thermique. Les conditions au moment de l’évaluation doivent être enregistrées.
6.2.5 Conditions d’environnement
Dans de nombreux cas, il est nécessaire d'effectuer des mesurages sur le terrain de la température
apparente réfléchie et de l'émissivité pour obtenir des températures correctes. Ces mesurages doivent
être effectués conformément à l'ISO 18434-1 et aux normes et pratiques industrielles établies, aux
Normes internationales applicables et aux lignes directrices des fabricants.
6.2.6 Étalonnage
Les caméras IR doivent être étalonnées au moment du contrôle et une vérification de l’étalonnage doit
être effectuée avant l’acquisition d'image. Ces exigences sont spécifiées dans l'ISO 18434-1.
7 Convention d’identification de l’emplacement des paliers de la machine
Tous les emplacements de paliers de la machine doivent être identifiés conformément à l’ISO 13373-1.
8 Critères de gravité
8.1 Mesurages de référence
Il convient de définir les températures de référence et les critères d'évaluation en intégrant à la fois
l’historique de chaque équipement ou de chaque groupe de machines, et des calculs statistiques pour
des conditions «idéales». L’établissement des critères de gravité doit être conforme à l'ISO 17359 et à
l’ISO 13379-1. Il convient que les critères d’évaluation soient fondés sur les températures spécifiées
par les fabricants d'équipements ou de groupes d'équipements similaires. Ces mesurages doivent être
effectués conformément à l'ISO 18434-1 et aux normes et pratiques industrielles établies, aux Normes
internationales applicables et
...
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