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AR Categoría: Perfilometría | Textura y grano
Medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos y la rugosidad de la superficie de la goma | Perfilómetro óptico 3D
MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO Y DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE DE GOMA utilizando un perfilómetro óptico 3D
Preparado por
ANDREA HERRMANN
Aunque la profundidad del dibujo de los neumáticos se mide habitualmente con medidores manuales para garantizar la seguridad de los consumidores, los departamentos de I+D industriales y los fabricantes de neumáticos requieren métodos más avanzados. Esta nota de aplicación muestra cómo un perfilómetro óptico 3D proporciona mediciones precisas de la profundidad del dibujo de los neumáticos, mapas de contorno y análisis de la rugosidad de la superficie del caucho para estudios de alta precisión.
INTRODUCCIÓN
Al igual que todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte con la rugosidad de su superficie. En los neumáticos de los vehículos, tanto la profundidad del dibujo como la rugosidad de la superficie afectan directamente al rendimiento en cuanto a tracción, frenado y desgaste. En este estudio, se analizan la superficie del caucho y la rugosidad y las dimensiones del dibujo utilizando perfilometría 3D sin contacto.
LA MUESTRA
IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS
A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, Perfiladores ópticos 3D sin contacto de NANOVEA Utilice el cromatismo axial para medir prácticamente cualquier superficie.
El sistema Profiler, con su estructura abierta, permite trabajar con muestras de muy diversos tamaños y no requiere ninguna preparación previa. Con un solo escaneo, los usuarios pueden capturar tanto la profundidad total de la banda de rodadura del neumático como la rugosidad de la superficie a nivel micro, sin que influya en absoluto la reflectividad o la 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.
Esta versatilidad hace que los perfilómetros NANOVEA sean ideales tanto para pruebas de desgaste de la banda de rodadura de los neumáticos como para la investigación avanzada de materiales de caucho.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, mostramos el NANOVEA ST400, un perfilómetro óptico 3D sin contacto que mide la profundidad del dibujo de los neumáticos, la geometría del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. Para este estudio, se seleccionó al azar una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar toda la superficie del neumático. Para cuantificar las características de la goma, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones de los surcos, la profundidad del dibujo, la rugosidad de la superficie y el área desarrollada frente al área proyectada.
NANOVEA ST400 Estándar
Perfilómetro óptico 3D
ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO
La vista 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor de mapear los diseños de superficies 3D. Esto proporciona a los ingenieros una herramienta sencilla para evaluar la uniformidad de la profundidad de la banda de rodadura, el diseño de los surcos y el desgaste desde múltiples ángulos. El análisis avanzado de contornos y el análisis de la altura de los escalones son herramientas extremadamente potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.
ANÁLISIS AVANZADO DEL CONTORNO
ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES
ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA
La superficie de caucho se puede cuantificar de numerosas formas utilizando herramientas de software integradas, como se muestra en las siguientes figuras. Se puede observar que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y que el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Estos resultados demuestran cómo la rugosidad de la superficie del caucho afecta a la tracción y al rendimiento, lo que permite realizar comparaciones entre diferentes formulaciones de caucho o distintos niveles de desgaste de la superficie.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la profundidad de la banda de rodadura de los neumáticos, las dimensiones del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. 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. También se midieron varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de goma. Esta información puede ser utilizada por los fabricantes de neumáticos, los investigadores del sector automovilístico y los ingenieros de materiales para comparar diseños de bandas de rodadura, formulaciones de caucho o neumáticos con distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.
Topografía de la lente Fresnel
TOPOGRAFÍA DE LENTES FRESNELUSO 3D PERFILÓMETRO ÓPTICO SIN CONTACTO
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 simple 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 a la que se puede moler y pulir el vidrio.
Una lente Fresnel está formada por una serie de anillos concéntricos, que son partes delgadas de una lente simple con un ancho de tan solo unas milésimas de pulgada. Las lentes 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. Se pierde una cantidad muy pequeña de luz por absorción debido a la delgada geometría de la lente Fresnel.
IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE LENTES DE FRESNEL
Las lentes Fresnel se emplean ampliamente en la industria automotriz, los faros, la energía solar y los sistemas ópticos de aterrizaje para portaaviones. El moldeado o estampado de las lentes a partir de plásticos transparentes puede hacer que su producción sea rentable. La calidad del servicio de las lentes Fresnel depende en gran medida de la precisión y la calidad de la superficie de su anillo concéntrico. A diferencia de la técnica de sonda táctil, NANOVEA Perfiladores ópticos Realiza mediciones de superficies en 3D sin tocar la superficie, evitando el riesgo de producir nuevos rayones. La técnica Chromatic Light es ideal para el escaneo preciso de formas complejas, como lentes de diferentes geometrías.
ESQUEMA DE LA LENTE DE FRESNEL
Las lentes Fresnel de plástico transparente se pueden fabricar mediante moldeado o estampado. Un control de calidad preciso y eficiente es fundamental para detectar moldes o estampados defectuosos. Mediante la medición de la altura y el paso de los anillos concéntricos, se pueden detectar variaciones en la producción comparando los valores medidos con los valores especificados por el fabricante de la lente.
La medición precisa del perfil de la lente garantiza que los moldes o troqueles se mecanicen correctamente para ajustarse a las especificaciones del fabricante. Además, el troquel podría desgastarse progresivamente con el tiempo, lo que provocaría que perdiera su forma inicial. Una desviación constante con respecto a las especificaciones del fabricante de la lente es un indicio claro de que es necesario sustituir el molde.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, presentamos el 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 extraordinarias capacidades de nuestra tecnología Chromatic Light, se realiza un análisis del contorno de una lente Fresnel.
NANOVEA ST400 Gran superficie
Perfilómetro óptico 3D
La lente Fresnel acrílica de 2,3” x 2,3” utilizada para este estudio consta de
una serie de anillos concéntricos y un perfil transversal dentado complejo.
Tiene una distancia focal de 1,5 pulgadas y un diámetro efectivo de 2,0 pulgadas.,
125 estrías por pulgada y un índice de refracción de 1,49.
El escaneo NANOVEA ST400 de la lente Fresnel muestra un notable aumento en la altura de los anillos concéntricos, que se desplazan hacia afuera desde el centro.
FALSO COLOR 2D
Representación de la altura
VISTA EN 3D
PERFIL EXTRAÍDO
MÁXIMO Y MÍNIMO
Análisis dimensional del perfil
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA ST400 mide con precisión la topografía superficial de las lentes Fresnel.
La dimensión de la altura y el paso se pueden determinar 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 troqueles de producción comparando las dimensiones de la altura y el paso del anillo de las lentes fabricadas con las especificaciones ideales del anillo.
Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.
Los perfilómetros ópticos 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 recubrimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
Inspección de la rugosidad superficial de comprimidos farmacéuticos
Tabletas farmacéuticas
Inspección de la rugosidad mediante perfilómetros 3D
Autor:
Jocelyn Esparza
Introducción
Las tabletas farmacéuticas son la forma de dosificación medicinal más popular en la actualidad. Cada tableta está compuesta por una combinación de sustancias activas (los compuestos químicos que producen el efecto farmacológico) y sustancias inactivas (desintegrantes, aglutinantes, lubricantes, diluyentes, normalmente en forma de polvo). Las sustancias activas e inactivas se comprimen o moldean hasta formar un sólido. A continuación, dependiendo de las especificaciones del fabricante, las tabletas se recubren o se dejan sin recubrir.
Para ser eficaces, los recubrimientos de los comprimidos deben seguir los contornos precisos de los logotipos o caracteres grabados en los comprimidos, deben ser lo suficientemente estables y resistentes como para soportar la manipulación de los comprimidos y no deben provocar 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 incluye sustancias como pigmentos y plastificantes. Los dos tipos más comunes de recubrimientos para 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 de película tienen más dificultad para ocultar el aspecto del comprimido.
Los recubrimientos de los comprimidos son esenciales para protegerlos de la humedad, enmascarar el sabor de los ingredientes y facilitar su ingestión. Más importante aún, el recubrimiento del comprimido controla la ubicación y la velocidad a la que se libera el medicamento.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, utilizamos el Perfilador óptico NANOVEA y el software avanzado Mountains para medir y cuantificar la topografía de varias pastillas prensadas de marcas reconocidas (1 recubierta y 2 sin recubrimiento) con el fin de comparar la rugosidad de su superficie.
Se supone que Advil (recubierto) tendrá la menor rugosidad superficial debido al recubrimiento protector que tiene.
NANOVEA
HS2000
Condiciones de prueba
Se escanearon tres lotes de comprimidos prensados de marcas farmacéuticas reconocidas con el Nanovea HS2000.
Uso de un sensor de línea de alta velocidad para medir diversos parámetros de rugosidad superficial según la norma ISO 25178.
Área de escaneo
2 x 2 mm
Resolución de escaneo lateral
5 x 5 μm
Tiempo de escaneo
4 segundos
Muestras
Resultados y discusión
Después de escanear las tabletas, se realizó un estudio de rugosidad superficial con el avanzado software de análisis Mountains para calcular el promedio superficial, la media cuadrática y la altura máxima de cada tableta.
Los valores calculados respaldan la hipótesis de que Advil tiene una rugosidad superficial menor debido al recubrimiento protector que envuelve sus ingredientes. Tylenol presenta la mayor rugosidad superficial de las tres tabletas medidas.
Se generó un mapa de altura en 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 herramienta excelente para la detección visual de características superficiales atípicas, como hoyos o picos.
Conclusión
En este estudio, analizamos y comparamos la rugosidad superficial de tres pastillas farmacéuticas prensadas de marcas reconocidas: Advil, Tylenol y Excedrin. Advil demostró tener la rugosidad superficial promedio más baja. Esto puede atribuirse a la presencia de la capa naranja que recubre el medicamento. Por el contrario, tanto Excedrin como Tylenol carecen de recubrimiento, sin embargo, su rugosidad superficial sigue siendo diferente entre sí. Tylenol demostró tener la rugosidad superficial promedio más alta de todas las tabletas estudiadas.
Utilizando el NANOVEA Con el HS2000 y el sensor de línea de alta velocidad, pudimos medir cinco tabletas en menos de un minuto. Esto puede resultar útil para las pruebas de control de calidad de cientos de pastillas en la producción actual.
Inspección de rugosidad en línea
Detección instantánea de errores con perfiladores en línea
Surface roughness and texture is vital to the end-use of a product. Fast, quanti able, and reliable inline inspection of the product surface ensures detecting the defective products immediately so as to determine the work
conditions of the production line. It not only improves productivity and e ciency, but also reduces defect rates,
re-work, and waste.
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 de la calidad de la superficie en línea garantiza el control de calidad más estricto de los productos finales. Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto Utiliza tecnología confocal cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. Se pueden instalar múltiples sensores de perfilado para supervisar la rugosidad y la textura de diferentes áreas del producto al mismo tiempo. El umbral de rugosidad calculado en tiempo real por el software de análisis sirve como una herramienta rápida y confiable de aprobación/rechazo.
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 rápida y confiable en línea en una línea de producción en tiempo real.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El sistema de perfilómetro transportador puede funcionar en dos modos: modo de activación y 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 activación. En comparación, el modo continuo proporciona una medición ininterrumpida de la rugosidad superficial de muestras continuas, como láminas metálicas y tejidos. Se pueden instalar varios sensores de perfilómetro óptico para supervisar y registrar la rugosidad de diferentes áreas de la muestra.
Durante la medición de inspección de rugosidad en tiempo real, las alertas de aprobado y fallido se muestran en las ventanas del software, tal y como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Cuando el valor de rugosidad se encuentra dentro de los umbrales establecidos, la rugosidad medida se resalta en color verde. Sin embargo, el resaltado se vuelve rojo cuando la rugosidad superficial medida está fuera del rango de los valores umbral establecidos. Esto proporciona una herramienta para que el usuario determine la calidad del acabado superficial de un producto.
En las siguientes secciones, se utilizan dos tipos de muestras, por ejemplo, acrílico y lija, para demostrar los modos de activación y continuo del sistema de inspección.
Modo de activación: Inspección superficial de la muestra acrílica
Una serie de muestras de acrílico se alinean en la cinta transportadora y se desplazan bajo el cabezal del perfilador óptico, tal y como se muestra en la figura 1. La vista en falso color de la figura 6 muestra el cambio en la altura de la superficie. Algunas de las muestras de acrílico con acabado espejo se lijaron para crear una textura superficial rugosa, tal y como se muestra en la figura 6b.
A medida que las muestras de acrílico se desplazan a una velocidad constante bajo el cabezal del perfilómetro óptico, se mide el perfil de la superficie, tal y como se muestra en las figuras 7 y 8. Al mismo tiempo, se calcula el valor de rugosidad del perfil medido y se compara con los valores umbral. Cuando el valor de rugosidad supera el umbral establecido, se activa una alerta roja de fallo, 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 superficie, mapa de distribución de rugosidad y mapa de umbral de rugosidad de aprobado/reprobado de la superficie de la muestra de papel de lija, tal y como se muestra en la figura 9. La muestra de papel de lija tiene un par de picos más altos en la parte usada, tal y como se muestra en el mapa de altura de superficie. Los diferentes colores de 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 se resalta en color azul oscuro, lo que indica el valor de rugosidad reducido en esta región. Se puede establecer un umbral de rugosidad de aprobado/reprobado 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 aprobado/reprobado se muestran en la pantalla del software en función de los valores umbral de rugosidad establecidos, lo que lo convierte en una herramienta rápida y confiable para el control de calidad. La calidad de la superficie del producto en la línea de producción se inspecciona in situ para detectar a tiempo las áreas defectuosas.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro de cinta transportadora Nanovea, equipado con un sensor perfilador óptico sin contacto, funciona como una herramienta de control de calidad en línea fiable, eficaz y eficiente.
El sistema de inspección se puede instalar en la línea de producción para supervisar la calidad de la superficie de los productos in situ. 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, el modo de activación y el modo continuo, para satisfacer los requisitos de inspección de diferentes tipos de productos.
Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie en campos como el de los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los recubrimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Prueba de desgaste Block-On-Ring
IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DEL BLOQUE SOBRE EL ANILLO
El desgaste por deslizamiento es la pérdida progresiva de material que se produce cuando dos materiales se deslizan uno contra otro en la zona de contacto bajo carga. Se produce inevitablemente en una amplia variedad de industrias en las que se utilizan máquinas y motores, como la automotriz, la aeroespacial, la del petróleo y el gas, entre muchas otras. Este movimiento de deslizamiento provoca un grave desgaste mecánico y una transferencia de material en la superficie, lo que puede reducir la eficiencia de la producción, el rendimiento de la máquina o incluso dañar la máquina.
El desgaste por deslizamiento suele implicar mecanismos de desgaste complejos que tienen lugar en la superficie de contacto, como el desgaste por adhesión, 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. Un versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo reales serán ideales para evaluar el desgaste.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, lo que permite clasificar de forma fiable los pares de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, lo que permite clasificar de forma fiable los pares 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 YS y UTS comúnmente reconocidos, lo que demuestra 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 con el tribómetro de Nanovea utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está fabricado con acero para herramientas 01 con una dureza de 30 HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 con una dureza superficial de 58 a 63 HRC y un diámetro de ~34,98 mm. Las pruebas Block-on-Ring se realizaron en entornos secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento de desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron con aceite mineral pesado USP. La huella de desgaste se examinó utilizando el Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba 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 y s es la distancia de deslizamiento.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas Block-on-Ring en entornos secos y lubricados. El bloque presenta una fricción significativamente mayor en un entorno seco que en uno 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 con lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo y constante de 0,09 a lo largo de la prueba de desgaste de 500 000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies en aproximadamente 90 veces.
Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles transversales en 2D de las marcas de desgaste en los bloques tras las pruebas de desgaste en seco y lubricado. Los volúmenes de las marcas de desgaste y las tasas de desgaste se enumeran en la tabla 2. El bloque de acero tras la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación inferior de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de marcas 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 huellas de desgaste sustancialmente menor, de 0,03 mm˙.
Las imágenes de la figura 3 muestran que durante las pruebas en condiciones secas se produce un desgaste severo en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricada. El calor elevado y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco favorecen la oxidación de los residuos metálicos, lo que da lugar a una abrasión severa entre tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la superficie de contacto, además de transportar los residuos abrasivos creados 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 diferentes entornos demuestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.
El comportamiento frente al desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de prueba. 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 un 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 y pruebas investiguen el desgaste en diferentes condiciones tribológicas.
El estado de la superficie de las muestras se examinó con el perfilómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología de la superficie de los anillos tras las pruebas de desgaste. Se ha eliminado la forma cilíndrica para presentar mejor la morfología y la rugosidad de la superficie creadas por el proceso de desgaste por deslizamiento. Se produjo un aumento significativo de la rugosidad de la superficie debido al proceso de abrasión de tres cuerpos durante la prueba de desgaste en seco de 200 revoluciones. El bloque y el anillo después de la prueba de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con los 5,7 y 9,1 µm de la prueba de desgaste lubricado a largo plazo de 500 000 revoluciones a una velocidad más alta. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste severo daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y conduce a un deterioro irreversible de la calidad del servicio e incluso a 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 de metales de acero utilizando el módulo Block-on-Ring, siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante desempeña un papel fundamental en las propiedades de desgaste del par 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 de desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. La inigualable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar todas las propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos delgados 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 fundamental minimizar los defectos para que los materiales compuestos sean lo más resistentes posible en aplicaciones de refuerzo. Al tratarse de un material anisotrópico, es fundamental que la dirección del tejido sea uniforme para mantener una alta previsibilidad del rendimiento. Los materiales compuestos tienen una de las relaciones resistencia/peso más altas, lo que los hace más resistentes que el acero en algunos casos. Es importante limitar la superficie expuesta de los compuestos para minimizar la vulnerabilidad química y los efectos de la expansión térmica. La inspección de la superficie mediante perfilometría es fundamental para el control de calidad de la producción de compuestos, a fin de garantizar un rendimiento sólido durante un largo periodo de servicio.
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto es diferente a otras técnicas de medición de superficies, como las sondas táctiles o la interferometría. Nuestros perfilómetros utilizan cromatismo axial para medir casi cualquier superficie y su estructura abierta permite analizar muestras de cualquier tamaño sin necesidad de preparación previa. Durante la medición del perfil de la superficie se obtienen mediciones desde nano hasta macro sin ninguna influencia 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 ofrece la capacidad ideal y fácil de usar para maximizar los estudios de la superficie de los materiales compuestos, junto con las ventajas de la capacidad combinada de 2D y 3D.
Objetivo de medición
El perfilómetro Nanovea HS2000L utilizado en esta aplicación midió la superficie de dos tejidos de compuestos de fibra de carbono. La rugosidad de la superficie, la longitud del tejido, la isotropía, el análisis fractal y otros parámetros superficiales se utilizan para caracterizar los compuestos. El área medida se seleccionó al azar y se consideró lo suficientemente grande como para poder comparar los valores de las propiedades utilizando 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 compuestas con una baja relación fibra/matriz. Nuestros resultados comparan diferentes tipos de tejido y telas para determinar el acabado superficial tras el procesamiento. El acabado superficial es fundamental en aplicaciones en las que interviene 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, tal y como se esperaba. Por su parte, el compuesto unidireccional es ~13% isotrópico debido a la fuerte dirección de la trayectoria de la fibra única.
Análisis del tejido
El tamaño del tejido determina la consistencia del empaquetamiento y el ancho de las fibras utilizadas en el compuesto. Nuestro estudio muestra la facilidad con la que podemos medir el tamaño del tejido con una precisión de micras para garantizar la calidad de las piezas.
Análisis de textura
El análisis de la textura de la longitud de onda dominante sugiere que el tamaño de las hebras 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 la facilidad con la que las fibras se fijarán 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. Hemos distinguido las diferencias entre los tipos de tejido de la fibra de carbono con parámetros de altura, isotropía, análisis de textura y mediciones de distancia, entre otras muchas cosas.
Las mediciones superficiales de nuestro perfilómetro mitigan de forma precisa y rápida los daños en los compuestos, lo que reduce 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, lo que lo hace adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. El perfilómetro Nanovea es la solución.
para 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, 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 de la textura de la piel de naranja de la pintura mediante perfilometría 3D
Análisis de la textura de la piel de naranja de la pintura 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 piel de naranja de la pintura, llamada así por su aspecto, puede desarrollarse debido a la influencia del sustrato y a la técnica de aplicación de la pintura. Los problemas de textura se cuantifican normalmente 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 más grandes provocan 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 la medición de la textura
A diferencia de los instrumentos 2D tradicionales utilizados para medir la textura del brillo, la medición 3D sin contacto proporciona rápidamente una imagen 3D que se utiliza para comprender las características de la superficie, con la capacidad añadida de investigar rápidamente las áreas de interés. Sin la velocidad y la revisión 3D, un entorno de control de calidad dependería únicamente de información 2D que ofrece poca previsibilidad de toda la superficie. Comprender las texturas en 3D permite seleccionar las mejores medidas de procesamiento y control. Garantizar el control de calidad de dichos parámetros depende en gran medida de una inspección cuantificable, reproducible y confiable. Nanovea 3D sin contacto Perfilómetros Utilizan tecnología confocal cromática para ofrecer la capacidad única de medir los ángulos pronunciados que se encuentran durante las mediciones rápidas. Los perfilómetros Nanovea tienen éxito donde otras técnicas no logran proporcionar datos confiables 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 piel de naranja de una pintura brillante. Hay un sinfín de parámetros superficiales que se calculan automáticamente a partir del escaneo 3D de la superficie. Aquí analizamos una superficie 3D escaneada cuantificando las características de la textura de piel de naranja de la pintura.
Resultados y debate
El Nanovea HS2000L cuantificó los parámetros de isotropía y altura de la pintura con textura de piel de naranja. La textura de piel de naranja cuantificó la dirección aleatoria del patrón con una isotropía de 94,41 TP3T. Los parámetros de altura cuantifican la textura con una diferencia de altura de 24,84 µm.
La curva de relación de rodamiento de la figura 4 es una representación gráfica de la distribución de profundidad. Se trata de una función interactiva del software que permite al usuario ver las distribuciones y los porcentajes a diferentes profundidades. El perfil extraído de la figura 5 proporciona valores útiles de rugosidad para la textura de piel de naranja. La extracción de picos por encima de un umbral de 144 micras muestra la textura de piel de naranja. Estos parámetros se pueden ajustar fácilmente a otras áreas 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 piel de naranja de la pintura sobre un recubrimiento 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, deformación, planaridad, volumen, área, altura de escalón, etc.). Las secciones transversales 2D seleccionadas rápidamente proporcionan un conjunto completo de recursos de medición de la superficie sobre la textura brillante. Las áreas de interés especiales se pueden analizar más a fondo con un módulo AFM integrado. La velocidad del perfilómetro 3D Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, lo que lo hace adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección de alta velocidad. Los perfilómetros 3D Nanovea tienen una amplia gama de configuraciones para adaptarse a su aplicación.
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.
AHORA, HABLEMOS DE SU SOLICITUD
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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