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AR Categoría: Perfilometría | Textura y grano
Medición del contorno de la banda de rodadura
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MEDICIÓN DEL CONTORNO DE LA BANDA DE RODADURA
USO DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D
Preparado por
ANDREA HERRMANN
INTRODUCCIÓN
Como todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado con en parte a la rugosidad de su superficie. En las aplicaciones de neumáticos para vehículos, la tracción con la carretera es muy importante. Tanto la rugosidad de la superficie como la banda de rodadura del neumático desempeñan un papel en este sentido. En este estudio se analizan la rugosidad y las dimensiones de la superficie de goma y de la banda de rodadura.
* LA MUESTRA
IMPORTANCIA
DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO
PARA ESTUDIOS SOBRE EL CAUCHO
A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto utilizar el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie.
La puesta en escena abierta del sistema Profiler permite una amplia variedad de tamaños de muestra y no requiere preparación alguna. Las características de rango nanométrico a macrométrico pueden detectarse durante una sola exploración sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra. Además, estos perfiladores tienen la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software.
Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. La técnica de medición de los perfiladores sin contacto NANOVEA 3D proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D & 3D.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, mostramos la NANOVEA ST400, un perfilador óptico 3D sin contacto que mide la superficie y las bandas de rodadura de un neumático de caucho.
Una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar se seleccionó al azar toda la superficie del neumático para este estudio.
Para cuantificar las características del caucho, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones del contorno, la profundidad, rugosidad y área desarrollada de la superficie.
NANOVEA
ST400
ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA
La vista en 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor del mapeado de diseños de superficie en 3D. Proporcionan a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente el tamaño y la forma de las bandas de rodadura desde distintos ángulos. El Análisis avanzado de contornos y el Análisis de altura de escalones son herramientas muy potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.
ANÁLISIS AVANZADO DE CONTORNOS
ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES
ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA
La superficie del caucho puede cuantificarse de numerosas maneras utilizando herramientas de software incorporadas, como se muestra en las siguientes figuras a modo de ejemplo. Puede observarse que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Esta información nos permite examinar la relación entre el acabado superficial y la tracción de diferentes formulaciones de caucho o incluso de caucho con diferentes grados de desgaste superficial.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado cómo el NANOVEA El perfilador óptico 3D sin contacto puede caracterizar con precisión la rugosidad de la superficie y las dimensiones de la banda de rodadura del caucho.
Los datos muestran una rugosidad superficial de 2,69 µm y un área desarrollada de 9,41 mm² con un área proyectada de 9 mm². Las bandas de rodadura de caucho tenían diferentes dimensiones y radios. medido también.
La información presentada en este estudio puede utilizarse para comparar el rendimiento de neumáticos de caucho con diferentes diseños de banda de rodadura, formulaciones o distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan sólo una parte de la cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.
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Topografía de la lente Fresnel
LENTE FRESCA
DIMENSIONES MEDIANTE PERFILOMETRÍA 3D
Preparado por
Duanjie Li y Benjamin Mell
INTRODUCCIÓN
Una lente es un dispositivo óptico de simetría axial que transmite y refracta la luz. Una lente sencilla consta de un único componente óptico para converger o divergir la luz. Aunque las superficies esféricas no son la forma ideal para fabricar una lente, a menudo se utilizan como la forma más sencilla que puede tener el vidrio esmerilado y pulido.
Una lente de Fresnel consiste en una serie de anillos concéntricos, que son partes delgadas de una lente simple con una anchura tan pequeña como unas milésimas de pulgada. Las lentes de Fresnel tienen una gran apertura y una distancia focal corta, con un diseño compacto que reduce el peso y el volumen del material necesario, en comparación con las lentes convencionales con las mismas propiedades ópticas. Debido a la delgada geometría de la lente de Fresnel, se pierde muy poca luz por absorción.
IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE LENTES FRESNEL
Las lentes Fresnel se utilizan mucho en la industria del automóvil, los faros, la energía solar y los sistemas ópticos de aterrizaje de los portaaviones. Moldear o estampar las lentes en plásticos transparentes puede hacer que su producción sea rentable. La calidad de servicio de las lentes Fresnel depende sobre todo de la precisión y la calidad superficial de su anillo concéntrico. A diferencia de la técnica de palpación, NANOVEA Perfiladores ópticos realizar mediciones de superficies en 3D sin tocar la superficie, evitando el riesgo de hacer nuevos arañazos. La técnica de luz cromática es ideal para escanear con precisión formas complejas, como lentes de distintas geometrías.
ESQUEMA DE LA LENTE FRESNEL
Las lentes Fresnel de plástico transparente pueden fabricarse por moldeo o estampación. Un control de calidad preciso y eficaz es fundamental para detectar moldes o estampados de producción defectuosos. Midiendo la altura y el paso de los anillos concéntricos, pueden detectarse variaciones de producción comparando los valores medidos con los valores de especificación dados por el fabricante de la lente.
La medición precisa del perfil de la lente garantiza que los moldes o sellos se mecanizan correctamente para ajustarse a las especificaciones del fabricante. Además, el sello puede desgastarse progresivamente con el tiempo, haciendo que pierda su forma inicial. Una desviación constante de las especificaciones del fabricante de la lente es un indicio positivo de que el molde necesita ser sustituido.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, mostramos NANOVEA ST400, un perfilador 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que proporciona un análisis completo del perfil 3D de un componente óptico de forma compleja.Para demostrar las notables capacidades de nuestra tecnología de luz cromática, el análisis del contorno se realiza en una lente Fresnel.
NANOVEA
ST400
La lente acrílica Fresnel de 2,3" x 2,3" utilizada para este estudio consta de
una serie de anillos concéntricos y un complejo perfil de sección transversal dentada.
Tiene una distancia focal de 1,5" y un diámetro de tamaño efectivo de 2,0",
125 ranuras por pulgada, y un índice de refracción de 1,49.
La exploración NANOVEA ST400 de la lente Fresnel muestra un notable aumento de la altura de los anillos concéntricos, moviéndose hacia fuera desde el centro.
2D FALSE COLOR
Representación de la altura
VISTA 3D
PERFIL EXTRAÍDO
PICO Y VALLE
Análisis dimensional del perfil
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA ST400 mide con precisión la topografía de la superficie de las lentes Fresnel.
La dimensión de la altura y el paso pueden determinarse con precisión a partir del complejo perfil dentado utilizando el software de análisis NANOVEA. Los usuarios pueden inspeccionar eficazmente la calidad de los moldes o sellos de producción comparando las dimensiones de altura y paso del anillo de las lentes fabricadas con la especificación ideal del anillo.
Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.
Los Perfiladores Ópticos NANOVEA miden prácticamente cualquier superficie en campos como Semiconductores, Microelectrónica, Solar, Fibra Óptica, Automoción, Aeroespacial, Metalurgia, Mecanizado, Recubrimientos, Farmacéutico, Biomédico, Medioambiental y muchos otros.
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Inspección de la rugosidad superficial de los comprimidos farmacéuticos
Comprimidos farmacéuticos
Inspección de la rugosidad con perfilómetros 3D
Autor:
Jocelyn Esparza
Introducción
Los comprimidos farmacéuticos son las dosis medicinales más utilizadas en la actualidad. Cada comprimido está compuesto por una combinación de sustancias activas (las sustancias químicas que producen el efecto farmacológico) y sustancias inactivas (desintegrante, aglutinante, lubricante, diluyente, normalmente en forma de polvo). A continuación, las sustancias activas e inactivas se comprimen o moldean en un sólido. A continuación, según las especificaciones del fabricante, los comprimidos se recubren o no.
Para ser eficaces, los recubrimientos de los comprimidos deben seguir los finos contornos de los logotipos o caracteres en relieve de los comprimidos, deben ser lo bastante estables y resistentes para soportar la manipulación del comprimido y no deben hacer que los comprimidos se peguen entre sí durante el proceso de recubrimiento. Los comprimidos actuales suelen tener un recubrimiento a base de polisacáridos y polímeros que incluyen sustancias como pigmentos y plastificantes. Los dos tipos más comunes de recubrimientos de comprimidos son los recubrimientos de película y los recubrimientos de azúcar. En comparación con los recubrimientos de azúcar, los recubrimientos de película son menos voluminosos, más duraderos y su preparación y aplicación requieren menos tiempo. Sin embargo, los recubrimientos peliculares tienen más dificultades para disimular el aspecto de las tabletas.
Los recubrimientos de los comprimidos son esenciales para protegerlos de la humedad, enmascarar el sabor de los ingredientes y facilitar su deglución. Y lo que es más importante, el recubrimiento del comprimido controla la localización y la velocidad de liberación del fármaco.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, utilizamos el Perfilador óptico NANOVEA y el software avanzado Mountains para medir y cuantificar la topografía de varias píldoras prensadas de marca (1 recubierta y 2 sin recubrir) para comparar su rugosidad superficial.
Se supone que Advil (recubierto) tendrá la menor rugosidad superficial debido al recubrimiento protector que tiene.
NANOVEA
HS2000
Condiciones de la prueba
Se escanearon tres lotes de comprimidos prensados farmacéuticos de marca con el Nanovea HS2000
utilizando un sensor de línea de alta velocidad para medir diversos parámetros de rugosidad superficial según la norma ISO 25178.
Área de exploración
2 x 2 mm
Resolución de escaneado lateral
5 x 5 μm
Tiempo de exploración
4 segundos
Muestras
Resultados y debate
Tras escanear los comprimidos, se realizó un estudio de la rugosidad superficial con el software de análisis avanzado Mountains para calcular la media superficial, la media cuadrática y la altura máxima de cada comprimido.
Los valores calculados apoyan la hipótesis de que Advil tiene una menor rugosidad superficial debido a la capa protectora que recubre sus ingredientes. Tylenol presenta la mayor rugosidad superficial de los tres comprimidos medidos.
Se elaboró un mapa de altura 2D y 3D de la topografía de la superficie de cada tableta que muestra las distribuciones de altura medidas. Se seleccionó una de las cinco tabletas para representar los mapas de altura de cada marca. Estos mapas de altura son una gran herramienta para la detección visual de características superficiales periféricas, como hoyos o picos.
Conclusión
En este estudio, analizamos y comparamos la rugosidad superficial de tres píldoras farmacéuticas prensadas de marca: Advil, Tylenol y Excedrin. Advil demostró tener la rugosidad superficial media más baja. Esto puede atribuirse a la presencia del revestimiento naranja que recubre el fármaco. Por el contrario, tanto Excedrin como Tylenol carecen de recubrimiento, pero su rugosidad superficial sigue siendo diferente. Tylenol demostró tener la mayor rugosidad superficial media de todos los comprimidos estudiados.
Utilización de la NANOVEA HS2000 con sensor de línea de alta velocidad, pudimos medir 5 pastillas en menos de 1 minuto. Esto puede resultar útil para las pruebas de control de calidad de cientos de pastillas en una producción actual.
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Inspección de rugosidad en línea
Detección instantánea de errores con perfiladores en línea
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IMPORTANCIA DEL PERFILADOR SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE RUGOSIDAD EN LÍNEA
Los defectos superficiales se derivan del procesamiento de los materiales y la fabricación de los productos. La inspección en línea de la calidad de las superficies garantiza el más estricto control de calidad de los productos finales. El sistema Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto utilizan tecnología confocal cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. Pueden instalarse varios sensores de perfilado para supervisar la rugosidad y la textura de distintas zonas del producto al mismo tiempo. El umbral de rugosidad calculado en tiempo real por el software de análisis sirve como herramienta rápida y fiable de pasa/no pasa.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, se utiliza el sistema transportador de inspección de rugosidad Nanovea equipado con un sensor puntual para inspeccionar la rugosidad superficial de las muestras de acrílico y papel de lija. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para proporcionar una inspección de rugosidad en línea rápida y fiable en una línea de producción en tiempo real.
RESULTADOS Y DEBATE
El sistema de perfilómetro de cinta puede funcionar en dos modos, a saber, el modo de disparo y el modo continuo. Como se ilustra en la figura 2, la rugosidad superficial de las muestras se mide cuando pasan por debajo de los cabezales del perfilómetro óptico en el modo de disparo. En comparación, el Modo Continuo proporciona una medición ininterrumpida de la rugosidad de la superficie de la muestra continua, como láminas de metal y tejidos. Pueden instalarse varios sensores de perfil óptico para supervisar y registrar la rugosidad de distintas zonas de la muestra.
Durante la medición de la inspección de la rugosidad en tiempo real, las alertas de aprobado y suspenso aparecen en las ventanas del software, como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Cuando el valor de la rugosidad está dentro de los umbrales establecidos, la rugosidad medida se resalta en color verde. Sin embargo, el resaltado se vuelve rojo cuando la rugosidad de la superficie medida está fuera del rango de los valores umbral establecidos. De este modo, el usuario dispone de una herramienta para determinar la calidad del acabado superficial de un producto.
En las secciones siguientes, se utilizan dos tipos de muestras, por ejemplo, acrílico y papel de lija, para demostrar los modos de disparo y continuo del sistema de inspección.
Modo de disparo: Inspección de la superficie de la muestra acrílica
Una serie de muestras acrílicas se alinean en la cinta transportadora y se mueven bajo el cabezal del perfilador óptico, como se muestra en la figura 1. La vista en falso color de la figura 6 muestra el cambio de altura de la superficie. Algunas de las muestras de acrílico con acabado de espejo se habían lijado para crear una textura superficial rugosa, como se muestra en la Figura 6b.
A medida que las muestras acrílicas se mueven a una velocidad constante bajo el cabezal del perfilador óptico, se mide el perfil de la superficie, tal como se muestra en las figuras 7 y 8. El valor de rugosidad del perfil medido se calcula al mismo tiempo y se compara con los valores umbral. La alerta roja de fallo se activa cuando el valor de rugosidad supera el umbral establecido, lo que permite a los usuarios detectar y localizar inmediatamente el producto defectuoso en la línea de producción.
Modo continuo: Inspección de la superficie de la muestra de papel de lija
Mapa de altura de la superficie, mapa de distribución de la rugosidad y mapa de umbral de rugosidad de aprobado/no aprobado de la superficie de la muestra de papel de lija, como se muestra en la figura 9. La muestra de papel de lija tiene un par de picos más altos en la parte utilizada, como se muestra en el mapa de altura de la superficie. Los diferentes colores en la paleta de la Figura 9C representan el valor de rugosidad de la superficie local. El mapa de rugosidad muestra una rugosidad homogénea en la zona intacta de la muestra de papel de lija, mientras que la zona usada aparece resaltada en color azul oscuro, lo que indica el valor de rugosidad reducido en esta región. Se puede establecer un umbral de rugosidad Pasa/Falla para localizar dichas regiones, como se muestra en la Figura 9D.
A medida que el papel de lija pasa continuamente por debajo del sensor del perfilador en línea, se calcula y registra el valor de rugosidad local en tiempo real, tal y como se muestra en la Figura 10. Las alertas de correcto/incorrecto se muestran en la pantalla del software en función de los valores umbral de rugosidad establecidos, lo que constituye una herramienta rápida y fiable para el control de calidad. La calidad de la superficie del producto en la línea de producción se inspecciona in situ para descubrir a tiempo las zonas defectuosas.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro transportador Nanovea equipado con un sensor óptico de perfil sin contacto funciona como una herramienta fiable de control de calidad en línea de forma eficaz y eficiente.
El sistema de inspección puede instalarse en la línea de producción para controlar in situ la calidad superficial de los productos. El umbral de rugosidad funciona como un criterio fiable para determinar la calidad de la superficie de los productos, lo que permite a los usuarios detectar a tiempo los productos defectuosos. Se ofrecen dos modos de inspección, a saber, el modo de disparo y el modo continuo, para satisfacer las necesidades de inspección de distintos tipos de productos.
Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie en campos como los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Prueba de desgaste bloque-anillo
IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE BLOQUE-ANILLO
El desgaste por deslizamiento es la pérdida progresiva de material que resulta del deslizamiento de dos materiales entre sí en la zona de contacto bajo carga. Se produce inevitablemente en una amplia variedad de industrias en las que funcionan máquinas y motores, como la automoción, la industria aeroespacial, la petrolera y del gas y muchas otras. Este movimiento de deslizamiento provoca un grave desgaste mecánico y transferencia de material en la superficie, lo que puede reducir la eficacia de la producción, el rendimiento de la máquina o incluso dañarla.
El desgaste por deslizamiento suele implicar complejos mecanismos de desgaste que tienen lugar en la superficie de contacto, como el desgaste por adherencia, la abrasión de dos cuerpos, la abrasión de tres cuerpos y el desgaste por fatiga. El comportamiento de desgaste de los materiales se ve influido significativamente por el entorno de trabajo, como la carga normal, la velocidad, la corrosión y la lubricación. Una herramienta versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo realistas serán ideales para la evaluación del desgaste.
El ensayo Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, permite una clasificación fiable de las parejas de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
El ensayo Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, permite una clasificación fiable de las parejas de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el Probador Mecánico Nanovea mide el YS y el UTS de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores de YS y UTS comúnmente reconocidos que demuestran la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
El comportamiento de desgaste por deslizamiento de un bloque H-30 sobre un anillo S-10 se evaluó mediante el tribómetro de Nanovea utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está fabricado con acero para herramientas 01 de dureza 30HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 de dureza superficial 58 a 63 HRC y diámetro de anillo de ~34,98 mm. Se realizaron pruebas de bloque sobre anillo en entornos secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento de desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron en aceite mineral pesado USP. La huella de desgaste se examinó con el software Nanovea's Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de ensayo se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste (K), se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento.
RESULTADOS Y DEBATE
La figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas de bloque sobre anillo en entornos secos y lubricados. El bloque presenta una fricción significativamente mayor en un entorno seco que en un entorno lubricado. COF
fluctúa durante el periodo de rodaje en las primeras 50 revoluciones y alcanza un COF constante de ~0,8 durante el resto de la prueba de desgaste de 200 revoluciones. En comparación, la prueba Block-on-Ring realizada en la lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo y constante de 0,09 durante toda la prueba de desgaste de 500.000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies en ~90 veces.
Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles 2D transversales de las cicatrices de desgaste en los bloques después de las pruebas de desgaste en seco y lubricado. Los volúmenes de las huellas de desgaste y los índices de desgaste se indican en la Tabla 2. El bloque de acero después de la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación inferior de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. En comparación, la prueba de desgaste realizada a una velocidad superior de 197 rpm durante 500.000 revoluciones en el lubricante de aceite mineral crea un volumen de huella de desgaste sustancialmente menor de 0,03 mm˙.
Las imágenes de la ÿgura 3 muestran que durante las pruebas en seco se produce un desgaste severo en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricada. El elevado calor y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco promueven la oxidación de los restos metálicos, lo que provoca una abrasión severa de tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la superficie de contacto, además de transportar los residuos abrasivos generados durante el desgaste. Esto conduce a una reducción significativa de la tasa de desgaste en un factor de ~8×10ˆ. Una diferencia tan sustancial en la resistencia al desgaste en entornos diferentes muestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.
El comportamiento del desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de ensayo. La versatilidad del tribómetro de Nanovea permite medir el desgaste en condiciones de alta temperatura, lubricación y tribocorrosión. El control preciso de la velocidad y la posición mediante el motor avanzado permite realizar pruebas de desgaste a velocidades que oscilan entre 0,001 y 5000 rpm, lo que lo convierte en una herramienta ideal para que los laboratorios de investigación/pruebas investiguen el desgaste en di˛rentes condiciones tribológicas.
El estado de la superficie de las muestras se examinó con el proÿlómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología superficial de los anillos tras los ensayos de desgaste. Se ha eliminado la forma cilíndrica para presentar mejor la morfología superficial y la rugosidad creada por el proceso de desgaste por deslizamiento. Se produjo una rugosidad superficial significativa debido al proceso de abrasión de tres cuerpos durante el ensayo de desgaste en seco de 200 revoluciones. El bloque y el anillo después del ensayo de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con 5,7 y 9,1 µm para el ensayo de desgaste lubricado a largo plazo de 500.000 - revoluciones a una velocidad superior. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste intenso daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y provoca un deterioro irreversible de la calidad de servicio e incluso la rotura del motor.
CONCLUSIÓN
En este estudio mostramos cómo se utiliza el tribómetro de Nanovea para evaluar el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un par metálico de acero utilizando el módulo Block-on-Ring siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante desempeña un papel fundamental en las propiedades de desgaste de la pareja de materiales. El aceite mineral reduce la tasa de desgaste del bloque H-30 en un factor de ~8×10ˆ y el COF en ~90 veces. La versatilidad del tribómetro de Nanovea lo convierte en una herramienta ideal para medir el comportamiento del desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.
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 gama inigualable de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, ÿlms y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Análisis de materiales compuestos mediante perfilometría 3D
Importancia de la perfilometría sin contacto para materiales compuestos
Es crucial minimizar los defectos para que los materiales compuestos sean lo más resistentes posible en aplicaciones de refuerzo. Al tratarse de un material anisótropo, es fundamental que la dirección de la trama sea coherente para mantener la previsibilidad de un alto rendimiento. Los materiales compuestos tienen una de las mayores relaciones resistencia/peso, por lo que en algunos casos son más resistentes que el acero. Es importante limitar la superficie expuesta en los materiales compuestos para minimizar la vulnerabilidad química y los efectos de la expansión térmica. La inspección de superficies por perfilometría es fundamental para controlar la calidad de la producción de materiales compuestos a fin de garantizar un rendimiento sólido durante un largo periodo de servicio.
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto es diferente de otras técnicas de medición de superficies, como las sondas de contacto o la interferometría. Nuestros perfilómetros utilizan el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie y la puesta en escena abierta permite muestras de cualquier tamaño sin necesidad de preparación. Durante la medición del perfil de superficie se obtienen mediciones desde nanométricas hasta macrométricas sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra. Nuestros perfilómetros miden fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido y rugoso, con la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin manipulación de software. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona la capacidad ideal y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie de materiales compuestos; junto con las ventajas de la capacidad combinada 2D y 3D.
Objetivo de medición
El perfilómetro Nanovea HS2000L utilizado en esta aplicación midió la superficie de dos tramas de compuestos de fibra de carbono. La rugosidad de la superficie, la longitud de la trama, la isotropía, el análisis fractal y otros parámetros de la superficie se utilizan para caracterizar los compuestos. El área medida se seleccionó aleatoriamente y se asumió que era lo suficientemente grande como para poder comparar los valores de las propiedades mediante el potente software de análisis de superficies de Nanovea.
Resultados y debate
Análisis de superficies
Los parámetros de altura determinan el grado de rugosidad de las piezas de material compuesto con una baja relación fibra/matriz. Nuestros resultados comparan diferentes tipos de tejido y tela para determinar el acabado superficial tras el procesamiento. El acabado superficial resulta crítico en aplicaciones en las que puede intervenir la aerodinámica.
Isotropía
La isotropía muestra la direccionalidad del tejido para determinar los valores esperados de las propiedades. Nuestro estudio muestra cómo el compuesto bidireccional es ~60% isotrópico como se esperaba. Mientras tanto, el composite unidireccional es ~13% isotrópico debido a la fuerte dirección de la trayectoria de una sola fibra.
Análisis de tejidos
El tamaño de la trama determina la consistencia del empaquetado y la anchura de las fibras utilizadas en el compuesto. Nuestro estudio demuestra lo fácil que es medir el tamaño de la trama con una precisión de micras para garantizar la calidad de las piezas.
Análisis de texturas
El análisis de la textura de la longitud de onda dominante sugiere que el tamaño del filamento de ambos compuestos es de 4,27 micras de grosor. El análisis de la dimensión fractal de la superficie de la fibra determina la suavidad para averiguar con qué facilidad se fijarán las fibras en una matriz. La dimensión fractal de la fibra unidireccional es mayor que la de la fibra bidireccional, lo que puede afectar al procesamiento de los compuestos.
Conclusión
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión la superficie fibrosa de los materiales compuestos. Distinguimos diferencias entre tipos de tejido de fibra de carbono con parámetros de altura, isotropía, análisis de textura y mediciones de distancia junto con mucho más.
Las mediciones de superficie de nuestros perfilómetros mitigan con precisión y rapidez los daños en los materiales compuestos, lo que disminuye los defectos en las piezas y maximiza la capacidad de los materiales compuestos. La velocidad del perfilómetro 3D de Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, por lo que es adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. El perfilómetro Nanovea es la solución
a cualquier necesidad de medición compuesta.
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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, su soldabilidad y su 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 toda la prueba 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 considerablemente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el alambre 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 con una carga de ~12,6 N. En comparación, la capa protectora del alambre B falló con 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 cable 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 precisas y repetibles de desgaste y fricción 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.
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Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Introducción
El tamaño y la frecuencia de las estructuras superficiales de los sustratos afectan a la calidad de los recubrimientos brillantes. La textura de la piel de naranja, llamada así por su aspecto, puede desarrollarse por influencia del sustrato y de la técnica de aplicación de la pintura. Los problemas de textura suelen cuantificarse por la ondulación, la longitud de onda y el efecto visual que tienen en los recubrimientos brillantes. Las texturas más pequeñas provocan una reducción del brillo, mientras que las texturas más grandes dan lugar a ondulaciones visibles en la superficie recubierta. Comprender el desarrollo de estas texturas y su relación con los sustratos y las técnicas es fundamental para el control de calidad.
Importancia de la perfilometría para medir la textura
A diferencia de los instrumentos tradicionales 2D utilizados para medir la textura del brillo, la medición 3D sin contacto proporciona rápidamente una imagen 3D utilizada para comprender las características de la superficie con la capacidad añadida de investigar rápidamente las áreas de interés. Sin la velocidad y la revisión en 3D, un entorno de control de calidad dependería únicamente de información en 2D que ofrece poca previsibilidad de toda la superficie. Comprender las texturas en 3D permite seleccionar mejor las medidas de procesamiento y control. Garantizar el control de calidad de tales parámetros depende en gran medida de una inspección cuantificable, reproducible y fiable. Nanovea 3D sin contacto Perfilómetros utilizan la tecnología confocal cromática para tener la capacidad única de medir los ángulos pronunciados que se encuentran durante la medición rápida. Los perfilómetros Nanovea tienen éxito allí donde otras técnicas no proporcionan datos fiables debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo o la reflectividad.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea HS2000L mide la textura de la piel de naranja de una pintura brillante. Hay un sinfín de parámetros de superficie que se calculan automáticamente a partir del escaneado 3D de la superficie. Aquí analizamos una superficie escaneada en 3D cuantificando las características de la textura de la piel de naranja de la pintura.
Resultados y debate
El Nanovea HS2000L cuantificó los parámetros de isotropía y altura de la pintura de piel de naranja. La textura de la piel de naranja cuantificó la dirección del patrón aleatorio con una isotropía de 94,4%. Los parámetros de altura cuantifican la textura con una diferencia de altura de 24,84µm.
La curva de coeficiente de carga de la figura 4 es una representación gráfica de la distribución de la profundidad. Se trata de una función interactiva del software que permite al usuario ver distribuciones y porcentajes a distintas profundidades. Un perfil extraído en la Figura 5 proporciona valores de rugosidad útiles para la textura de la piel de naranja. La extracción de picos por encima de un umbral de 144 micras muestra la textura de la piel de naranja. Estos parámetros pueden ajustarse fácilmente a otras zonas o parámetros de interés.
Conclusión
En esta aplicación, el perfilómetro 3D sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión tanto la topografía como los detalles nanométricos de la textura de la piel de naranja en un revestimiento brillante. Las áreas de interés de las mediciones de superficie 3D se identifican y analizan rápidamente con muchas mediciones útiles (Dimensión, Rugosidad Textura de Acabado, Forma Topografía, Planitud Alabeo Planaridad, Área de Volumen, Paso-Altura, etc.). Las secciones transversales 2D elegidas rápidamente proporcionan un conjunto completo de recursos de medición de superficies en textura brillante. Las áreas especiales de interés pueden analizarse más a fondo con un módulo AFM integrado. La velocidad del perfilómetro 3D Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, por lo que es adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. Los perfilómetros 3D Nanovea disponen de una amplia gama de configuraciones para adaptarse a su aplicación.
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Análisis tridimensional de la superficie de una moneda con perfilometría sin contacto
Importancia de la perfilometría sin contacto para monedas
La moneda tiene un gran valor en la sociedad moderna porque se intercambia por bienes y servicios. Las monedas y billetes circulan por las manos de muchas personas. La transferencia constante de moneda física crea deformaciones en la superficie. Nanovea 3D Perfilómetro escanea la topografía de monedas acuñadas en distintos años para investigar las diferencias de superficie.
Las características de las monedas son fácilmente reconocibles para el público en general, ya que son objetos comunes. Una moneda de un céntimo es ideal para presentar la potencia del software de análisis avanzado de superficies de Nanovea: Montañas 3D. Los datos de superficie recogidos con nuestro Perfilómetro 3D permiten realizar análisis de alto nivel en geometría compleja 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 un análisis dimensional. El perfilómetro 3D de Nanovea y el software Mountains 3D investigan la topografía submicrónica de objetos aparentemente sencillos, como los céntimos.
Objetivo de medición
Se escaneó toda la superficie superior de cinco peniques utilizando el sensor de líneas de alta velocidad de Nanovea. El radio interior y exterior de cada penique se midió con el software de análisis avanzado Mountains. Una extracción de la superficie de cada penique en un área de interés con sustracción directa de la superficie cuantificó la deformación de la superficie.
Resultados y debate
Superficie 3D
El perfilómetro Nanovea HS2000 tardó sólo 24 segundos en escanear 4 millones de puntos en un área de 20 mm x 20 mm con un tamaño de paso de 10um x 10um para adquirir la superficie de un céntimo. A continuación se muestra un mapa de alturas y una visualización en 3D del escaneado. La vista en 3D muestra la capacidad del sensor de alta velocidad para captar pequeños detalles imperceptibles a simple vista. En la superficie de la moneda de un céntimo se aprecian muchos pequeños arañazos. Se investigan la textura y la rugosidad de la moneda vistas en la vista 3D.
Análisis dimensional
Se extrajeron los contornos del centavo y mediante un análisis dimensional se obtuvieron los diámetros interior y exterior de la característica del borde. La media del radio exterior fue de 9,500 mm ± 0,024, mientras que la media del radio interior fue de 8,960 mm ± 0,032. Otros análisis dimensionales que Mountains 3D puede realizar en fuentes de datos 2D y 3D son la medición de distancias, la altura de los escalones, la planitud y el cálculo de ángulos.
Sustracción de superficies
La figura 5 muestra el área de interés para el análisis de sustracción de superficie. El penique de 2007 se utilizó como superficie de referencia para los cuatro peniques más antiguos. La sustracción de la superficie del penique de 2007 muestra las diferencias entre los peniques con agujeros/picos. La diferencia de volumen total de la superficie se obtiene sumando los volúmenes de los agujeros/picos. El error cuadrático medio indica la concordancia entre las superficies de los céntimos.
Conclusión
El escáner de alta velocidad HS2000L de Nanovea escaneó cinco monedas de un penique acuñadas en diferentes años. El software Mountains 3D comparó las superficies de cada moneda mediante extracción de contornos, análisis dimensional y sustracción de superficies. El análisis define claramente los radios interior y exterior entre los peniques, a la vez que compara directamente las diferencias de las características superficiales. Con la capacidad del perfilómetro 3D de Nanovea para medir cualquier superficie con una resolución nanométrica, combinada con las capacidades de análisis de Mountains 3D, las posibles aplicaciones de investigación y control de calidad son infinitas.
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Comparación del desgaste por abrasión en la tela vaquera
Introducción
La forma y la función de un tejido vienen determinadas por su calidad y durabilidad. El uso diario de los tejidos provoca el desgaste del material, por ejemplo, el amontonamiento, la pelusa y la decoloración. Un tejido de calidad inferior utilizado para prendas de vestir puede provocar a menudo la insatisfacción del consumidor y dañar la marca.
Intentar cuantificar las propiedades mecánicas de los tejidos puede plantear muchos retos. La estructura del hilo e incluso la fábrica en la que se produjo pueden dar lugar a una escasa reproducibilidad de los resultados de las pruebas. Esto dificulta la comparación de los resultados de las pruebas de distintos laboratorios. Medir las prestaciones de desgaste de los tejidos es fundamental para los fabricantes, distribuidores y minoristas de la cadena de producción textil. Una medición de la resistencia al desgaste bien controlada y reproducible es crucial para garantizar un control de calidad fiable del tejido.
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