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AR Categoría: Perfilometría | Geometría y forma
Herramientas dentales: análisis dimensional y de rugosidad superficial
INTRODUCCIÓN
Contar con dimensiones precisas y una rugosidad superficial óptima es fundamental para la funcionalidad de los tornillos dentales. Muchas dimensiones de los tornillos dentales requieren una alta precisión, como radios, ángulos, distancias y alturas de paso. Comprender la rugosidad superficial local también es muy importante para cualquier herramienta o pieza médica que se inserte en el cuerpo humano, a fin de minimizar la fricción por deslizamiento.
PERFILOMETRÍA SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DIMENSIONAL
Nanovea Perfiladores 3D sin contacto Utiliza una tecnología basada en luz cromática para medir cualquier superficie de material: transparente, opaca, especular, difusa, pulida o rugosa. A diferencia de la técnica de sonda táctil, la técnica sin contacto puede medir en áreas estrechas y no añade ningún error intrínseco debido a la deformación causada por la presión de la punta sobre un material plástico más blando. La tecnología basada en luz cromática también ofrece una precisión lateral y de altura superior en comparación con la tecnología de variación de enfoque. Los perfiladores Nanovea pueden escanear grandes superficies directamente sin necesidad de unirlas y perfilar la longitud de una pieza en pocos segundos. Se pueden medir características superficiales de rango nano a macro y ángulos superficiales elevados gracias a la capacidad del perfilador para medir superficies sin algoritmos complejos que manipulen los resultados.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, se utilizó el perfilómetro óptico Nanovea ST400 para medir un tornillo dental a lo largo de las características planas y roscadas en una sola medición. Se calculó la rugosidad de la superficie a partir del área plana y se determinaron varias dimensiones de las características roscadas.
Muestra de tornillo dental analizada por NANOVEA Perfilador óptico.
Muestra de tornillo dental analizada.
RESULTADOS
Superficie 3D
La vista en 3D y la vista en falso color del tornillo dental muestran una zona plana con roscas a ambos lados. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la morfología del tornillo desde diferentes ángulos. La zona plana se extrajo del escaneo completo para medir la rugosidad de su superficie.
Análisis de superficies 2D
También se pueden extraer perfiles de línea de la superficie para mostrar una vista transversal del tornillo. Se utilizaron los estudios de análisis de contorno y altura de paso para medir las dimensiones precisas en una ubicación determinada del tornillo.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, mostramos la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto Nanovea para calcular con precisión la rugosidad local de la superficie y medir características dimensionales de gran tamaño en un solo escaneo.
Los datos muestran una rugosidad superficial local de 0,9637 μm. Se determinó que el radio del tornillo entre roscas era de 1,729 mm, y que las roscas tenían una altura media de 0,413 mm. Se determinó que el ángulo medio entre las roscas era de 61,3°.
Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.
Preparado por
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas y Pierre Leroux
Evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre tratado superficialmente
Importancia de la evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre
El cobre tiene una larga historia de uso en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo. Los hilos de cobre se utilizan en una amplia gama de equipos electrónicos, como paneles, contadores, ordenadores, máquinas comerciales y electrodomésticos, gracias a su resistencia a la corrosión, soldabilidad y rendimiento a temperaturas elevadas de hasta 150°C. Aproximadamente la mitad del cobre extraído se destina a la fabricación de alambres y cables eléctricos.
La calidad de la superficie de los alambres de cobre es fundamental para el rendimiento y la vida útil de las aplicaciones. Los microdefectos en los alambres pueden provocar un desgaste excesivo, el inicio y la propagación de grietas, una disminución de la conductividad y una soldabilidad inadecuada. Un tratamiento adecuado de la superficie de los alambres de cobre elimina los defectos superficiales generados durante el trefilado, mejorando la resistencia a la corrosión, los arañazos y el desgaste. Muchas aplicaciones aeroespaciales con alambres de cobre requieren un comportamiento controlado para evitar fallos inesperados del equipo. Se necesitan mediciones cuantificables y fiables para evaluar adecuadamente la resistencia al desgaste y al rayado de la superficie del alambre de cobre.
Objetivo de medición
En esta aplicación simulamos un proceso de desgaste controlado de diferentes tratamientos superficiales de alambre de cobre. Prueba del rasguño mide la carga necesaria para provocar un fallo en la capa superficial tratada. Este estudio muestra la capacidad de Nanovea Tribómetro y Comprobador mecánico como herramientas ideales para la evaluación y el control de calidad de los cables eléctricos.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de dos tratamientos superficiales diferentes en alambres de cobre (Alambre A y Alambre B) se evaluaron mediante el tribómetro Nanovea utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Una bola de Al₂O₃ (6 mm de diámetro) es el contramaterial utilizado en esta aplicación. La pista de desgaste se examinó utilizando el tribómetro de Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.
En este estudio se utilizó como ejemplo una bola lisa de Al₂O₃ como contramaterial. Puede aplicarse cualquier material sólido con diferente forma y acabado superficial utilizando una fijación personalizada para simular la situación de aplicación real.
El comprobador mecánico de Nanovea equipado con un palpador de diamante Rockwell C (100 μm de radio) realizó ensayos de rayado de carga progresiva en los hilos recubiertos utilizando el modo de micro rayado. Los parámetros del ensayo de rayado y la geometría de la punta se muestran en la Tabla 2.
Resultados y debate
Desgaste del hilo de cobre:
La figura 2 muestra la evolución del COF de los hilos de cobre durante las pruebas de desgaste. El alambre A muestra un COF estable de ~0,4 durante todo el ensayo de desgaste, mientras que el alambre B exhibe un COF de ~0,35 en las primeras 100 revoluciones y aumenta progresivamente hasta ~0,4.
La figura 3 compara las huellas de desgaste de los hilos de cobre tras las pruebas. El perfilómetro 3D sin contacto de Nanovea ofreció un análisis superior de la morfología detallada de las huellas de desgaste. Permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste proporcionando una comprensión fundamental del mecanismo de desgaste. La superficie del alambre B presenta daños significativos en la huella de desgaste tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La vista en 3D del perfilómetro muestra la capa tratada de la superficie del alambre B completamente eliminada, lo que aceleró sustancialmente el proceso de desgaste. Esto dejó una huella de desgaste aplanada en el alambre B, donde el sustrato de cobre está expuesto. Esto puede acortar significativamente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el cable B. En comparación, el alambre A presenta un desgaste relativamente leve, que se manifiesta por una huella de desgaste poco profunda en la superficie. La capa tratada superficialmente en el alambre A no se eliminó como la capa del alambre B en las mismas condiciones.
Resistencia al rayado de la superficie del hilo de cobre:
La figura 4 muestra las huellas de arañazos en los cables después de la prueba. La capa protectora del cable A muestra una resistencia al rayado muy buena. Se deslamina a una carga de ~12,6 N. En comparación, la capa protectora del alambre B falló a una carga de ~1,0 N. Una diferencia tan significativa en la resistencia al rayado de estos alambres contribuye a su rendimiento frente al desgaste, donde el alambre A posee una resistencia al desgaste sustancialmente mayor. La evolución de la fuerza normal, el COF y la profundidad durante las pruebas de rayado mostradas en la Fig. 5 proporciona más información sobre el fallo del revestimiento durante las pruebas.
Conclusión
En este estudio controlado mostramos el tribómetro de Nanovea, que realiza una evaluación cuantitativa de la resistencia al desgaste de los alambres de cobre tratados superficialmente, y el comprobador mecánico de Nanovea, que proporciona una evaluación fiable de la resistencia al rayado de los alambres de cobre. El tratamiento superficial del alambre desempeña un papel fundamental en las propiedades tribo-mecánicas durante su vida útil. El tratamiento adecuado de la superficie del alambre A mejoró significativamente la resistencia al desgaste y a los arañazos, lo que es fundamental para el rendimiento y la vida útil de los cables eléctricos en entornos difíciles.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
Análisis tridimensional de la superficie de un centavo con perfilometría sin contacto
Importancia de la perfilometría sin contacto para monedas
La moneda tiene un gran valor en la sociedad moderna, ya que se utiliza para intercambiar bienes y servicios. Las monedas y los billetes circulan por las manos de muchas personas. La transferencia constante de moneda física provoca deformaciones en la superficie. Nanovea 3D Perfilómetro escanea la topografía de monedas acuñadas en diferentes años para investigar las diferencias en la superficie.
Las características de las monedas son fácilmente reconocibles para el público en general, ya que son objetos comunes. Una moneda de un centavo es ideal para presentar la potencia del software de análisis avanzado de superficies de Nanovea: Mountains 3D. Los datos de superficie recopilados con nuestro perfilómetro 3D permiten realizar análisis de alto nivel sobre geometrías complejas con sustracción de superficies y extracción de contornos 2D. La sustracción de superficies con una máscara, un sello o un molde controlados compara la calidad de los procesos de fabricación, mientras que la extracción de contornos identifica las tolerancias con análisis dimensionales. El perfilómetro 3D y el software Mountains 3D de Nanovea investigan la topografía submicrométrica de objetos aparentemente simples, como las monedas de un centavo.
Objetivo de medición
Se escaneó toda la superficie superior de cinco monedas de un centavo utilizando el sensor lineal de alta velocidad de Nanovea. Se midieron los radios interior y exterior de cada moneda utilizando el software de análisis avanzado Mountains. Se cuantificó la deformación de la superficie mediante la extracción de cada superficie de moneda en un área de interés con sustracción directa de la superficie.
Resultados y debate
Superficie 3D
El perfilómetro Nanovea HS2000 tardó solo 24 segundos en escanear 4 millones de puntos en un área de 20 mm x 20 mm con un tamaño de paso de 10 um x 10 um para adquirir la superficie de un centavo. A continuación se muestra un mapa de altura y una visualización en 3D del escaneo. La vista en 3D muestra la capacidad del sensor de alta velocidad para captar pequeños detalles imperceptibles a simple vista. Se pueden ver muchos pequeños arañazos en la superficie de la moneda. Se investigan la textura y la rugosidad de la moneda que se observan en la vista en 3D.
Análisis dimensional
Se extrajeron los contornos de la moneda y, mediante un análisis dimensional, se obtuvieron los diámetros interior y exterior del borde. El radio exterior promedió 9,500 mm ± 0,024, mientras que el radio interior promedió 8,960 mm ± 0,032. Otros análisis dimensionales que Mountains 3D puede realizar con fuentes de datos 2D y 3D son mediciones de distancia, altura de escalón, planitud y cálculos de ángulos.
Resta de superficies
La figura 5 muestra el área de interés para el análisis de sustracción de superficie. Se utilizó la moneda de un centavo de 2007 como superficie de referencia para las cuatro monedas más antiguas. La sustracción de superficie de la moneda de un centavo de 2007 muestra diferencias entre las monedas con agujeros/picos. La diferencia total de volumen de superficie se obtiene sumando los volúmenes de los agujeros/picos. El error RMS se refiere a la precisión con la que coinciden las superficies de las monedas entre sí.
Conclusión
El escáner de alta velocidad HS2000L de Nanovea escaneó cinco monedas de cinco centavos acuñadas en diferentes años. El software Mountains 3D comparó las superficies de cada moneda utilizando la extracción de contornos, el análisis dimensional y la sustracción de superficies. El análisis define claramente el radio interior y exterior entre las monedas de un centavo, al tiempo que compara directamente las diferencias en las características de la superficie. Gracias a la capacidad del perfilómetro 3D de Nanovea para medir cualquier superficie con una resolución a nivel nanométrico, combinada con las capacidades de análisis de Mountains 3D, las posibles aplicaciones en investigación y control de calidad son infinitas.
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Acabado dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Importancia del análisis dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Los tubos fabricados con material polimérico se utilizan habitualmente en muchos sectores, como el automovilístico, el médico, el eléctrico y muchos otros. En este estudio, se analizaron catéteres médicos fabricados con diferentes materiales poliméricos utilizando Nanovea. Perfilómetro 3D sin contacto para medir la rugosidad, la morfología y las dimensiones de la superficie. La rugosidad de la superficie es crucial para los catéteres, ya que muchos de los problemas que estos presentan, como infecciones, traumatismos físicos e inflamaciones, pueden estar relacionados con la superficie del catéter. Las propiedades mecánicas, como el coeficiente de fricción, también pueden estudiarse observando las propiedades de la superficie. Estos datos cuantificables pueden obtenerse para garantizar que el catéter pueda utilizarse en aplicaciones médicas.
En comparación con la microscopía óptica y la microscopía electrónica, la perfilometría 3D sin contacto que utiliza cromatismo axial es muy recomendable para caracterizar las superficies de los catéteres debido a su capacidad para medir ángulos/curvaturas, medir superficies de materiales a pesar de su transparencia o reflectividad, la mínima preparación de muestras y su naturaleza no invasiva. A diferencia de la microscopía óptica convencional, se puede obtener la altura de la superficie y utilizarla para el análisis computacional; por ejemplo, para encontrar dimensiones y eliminar formas para determinar la rugosidad de la superficie. Al requerir poca preparación de la muestra, en contraste con la microscopía electrónica, y al ser de naturaleza no invasiva, también permite una rápida recopilación de datos sin temor a la contaminación y los errores derivados de la preparación de la muestra.
Objetivo de medición
En esta aplicación, se utiliza el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D para escanear la superficie de dos catéteres: uno fabricado en TPE (elastómero termoplástico) y otro en PVC (cloruro de polivinilo). Se obtendrán y compararán los parámetros de morfología, dimensión radial y altura de los dos catéteres.
Resultados y debate
Superficie 3D
A pesar de la curvatura de los tubos poliméricos, el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D puede escanear la superficie de los catéteres. A partir del escaneo realizado, se puede obtener una imagen 3D para una inspección visual rápida y directa de la superficie.
Análisis dimensional 2D
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para realizar análisis dimensionales rápidos para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Análisis de la superficie Rugosidad
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para realizar análisis dimensionales rápidos para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Conclusión
En esta aplicación, hemos mostrado cómo se puede utilizar el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D para caracterizar tubos poliméricos. En concreto, se obtuvieron datos de metrología superficial, dimensiones radiales y rugosidad superficial de catéteres médicos. Se determinó que el radio exterior del catéter de TPE era de 2,40 mm, mientras que el del catéter de PVC era de 1,27 mm. Se observó que la superficie del catéter de TPE era más rugosa que la del catéter de PVC. El Sa del TPE era de 0,9740 µm, en comparación con los 0,1791 µm del PVC. Aunque para esta aplicación se utilizaron catéteres médicos, la perfilometría 3D sin contacto también se puede aplicar a una gran variedad de superficies. Los datos y cálculos que se pueden obtener no se limitan a los que se muestran.
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Escaneo de alta velocidad con perfilometría sin contacto
Introducción:
Las mediciones de superficie rápidas y fáciles de configurar ahorran tiempo y esfuerzo, y son esenciales para el control de calidad, la investigación y el desarrollo, y las instalaciones de producción. El Nanovea Perfilómetro sin contacto Es capaz de realizar escaneos de superficies tanto en 3D como en 2D para medir características a escala nano y macro en cualquier superficie, lo que le confiere una amplia gama de usos.
Rugosidad superficial y características de una célula solar
Importancia de las pruebas de los paneles solares
Maximizar la absorción de energía de una célula solar es clave para la supervivencia de la tecnología como recurso renovable. Las múltiples capas de recubrimiento y protección de vidrio permiten la absorción, transmisión y reflexión de la luz necesaria para que las células fotovoltaicas funcionen. Dado que la mayoría de las células solares de consumo operan con una eficiencia de 15-18%, optimizar su producción de energía es una batalla constante.
Los estudios han demostrado que la rugosidad de la superficie desempeña un papel fundamental en la reflectancia de la luz. La capa inicial de vidrio debe ser lo más lisa posible para mitigar la reflectancia de la luz, pero las capas posteriores no siguen esta pauta. Es necesario un cierto grado de rugosidad en cada interfaz de recubrimiento para aumentar la posibilidad de dispersión de la luz dentro de sus respectivas zonas de agotamiento y aumentar la absorción de luz dentro de la célula. La optimización de la rugosidad de la superficie en estas regiones permite que la célula solar funcione al máximo de su capacidad y, con el sensor de alta velocidad Nanovea HS2000, la medición de la rugosidad de la superficie se puede realizar de forma rápida y precisa.
Objetivo de medición
En este estudio mostraremos las capacidades de Nanovea. Perfilómetro HS2000 con sensor de alta velocidad mediante la medición de la rugosidad superficial y las características geométricas de una célula fotovoltaica. Para esta demostración se medirá una célula solar monocristalina sin protección de vidrio, pero la metodología puede utilizarse para otras aplicaciones.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Se utilizaron los siguientes parámetros de prueba para medir la superficie de la célula solar.
Resultados y debate
A continuación se muestra la vista en falso color 2D de la célula solar y una extracción del área de la superficie con sus respectivos parámetros de altura. Se aplicó un filtro gaussiano a ambas superficies y se utilizó un índice más agresivo para aplanar el área extraída. Esto excluye las formas (o ondulaciones) mayores que el índice de corte, dejando atrás las características que representan la rugosidad de la célula solar.
Se tomó un perfil perpendicular a la orientación de las líneas de la rejilla para medir sus características geométricas, como se muestra a continuación. El ancho, la altura y el paso de las líneas de la rejilla se pueden medir para cualquier ubicación específica de la célula solar.
Conclusión
En este estudio, pudimos demostrar la capacidad del sensor lineal Nanovea HS2000 para medir la rugosidad y las características de la superficie de una célula fotovoltaica monocristalina. Con la capacidad de automatizar mediciones precisas de múltiples muestras y establecer límites de aprobación o rechazo, el sensor lineal Nanovea HS2000 es la opción perfecta para las inspecciones de control de calidad.
Referencia
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. “Influencia de la rugosidad de la superficie en las características ópticas de las células solares multicapa“. Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, n.º 6, 2014, pp. 631-638.
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Portabilidad y flexibilidad del perfilómetro 3D sin contacto Jr25
Comprender y cuantificar la superficie de una muestra es fundamental para muchas aplicaciones, entre ellas el control de calidad y la investigación. Para estudiar las superficies, a menudo se utilizan perfilómetros para escanear y obtener imágenes de las muestras. Un gran problema de los instrumentos de perfilometría convencionales es su incapacidad para adaptarse a muestras no convencionales. Las dificultades para medir muestras no convencionales pueden deberse al tamaño de la muestra, su geometría, la imposibilidad de moverla u otras preparaciones inconvenientes. El perfilómetro portátil de Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto, La serie JR es capaz de resolver la mayoría de estos problemas gracias a su capacidad para escanear superficies de muestras desde diferentes ángulos y a su portabilidad.
¡Lea sobre el perfilómetro sin contacto Jr25!
Análisis de calidad de metales mecanizados por descarga eléctrica
El mecanizado por descarga eléctrica, o EDM, es un proceso de fabricación que elimina material mediante descargas eléctricas.
descargas [1]. Este proceso de mecanizado se utiliza generalmente con metales conductores que serían difíciles de
mecanizar con métodos convencionales.
Al igual que con todos los procesos de mecanizado, la precisión y la exactitud deben ser altas para cumplir con los requisitos aceptables.
niveles de tolerancia. En esta nota de aplicación, la calidad de los metales mecanizados se evaluará con un
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto.
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
Más información
Las lentes de policarbonato se utilizan habitualmente en muchas aplicaciones ópticas. Su gran resistencia a los impactos, su bajo peso y su bajo coste de producción a gran escala las hacen más prácticas que el vidrio tradicional en diversas aplicaciones [1].
Algunas de estas aplicaciones requieren criterios de seguridad (por ejemplo, gafas de seguridad), complejidad (por ejemplo, lentes Fresnel) o durabilidad (por ejemplo, lentes para semáforos) difíciles de cumplir sin el uso de plásticos. Su capacidad para satisfacer a bajo coste muchos requisitos, manteniendo al mismo tiempo cualidades ópticas suficientes, hace que las lentes de plástico destaquen en su campo. Las lentes de policarbonato también tienen limitaciones. La principal preocupación de los consumidores es la facilidad con que pueden rayarse. Para compensarlo, se pueden llevar a cabo procesos adicionales para aplicar un revestimiento antirrayado.
Nanovea analiza algunas propiedades importantes de las lentes de plástico utilizando nuestros tres instrumentos de metrología: Perfilómetro, Tribómetroy Comprobador mecánico.
Más información
Perfilometría automatizada de grandes superficies de PCB
La ampliación de los procesos de fabricación es necesaria para que las industrias crezcan y se mantengan al día con las demandas en constante aumento. A medida que se amplían los procesos de fabricación, también es necesario ampliar las herramientas utilizadas en el control de calidad. Estas herramientas deben ser rápidas para mantenerse al día con la tasa de producción, al tiempo que mantienen una alta precisión para cumplir con los límites de tolerancia del producto. Aquí, el Nanovea HS2000 Perfilómetro, con sensor de línea, demuestra su valor como instrumento de control de calidad gracias a sus capacidades de perfilometría de gran superficie, rápidas, automatizadas y de alta resolución.
Vídeo o Nota de aplicación: Perfilometría automatizada de grandes superficies de PCB
