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Categoría: Perfilometría | Geometría y Forma

 

Inspección de la superficie de la soldadura con un perfilómetro 3D portátil

Inspección de superficie WELd

utilizando un perfilómetro 3d portátil

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Puede llegar a ser crítico que una soldadura en particular, que normalmente se realiza mediante inspección visual, se investigue con un nivel de precisión extremo. Las áreas específicas de interés para un análisis preciso incluyen las grietas superficiales, la porosidad y los cráteres sin rellenar, independientemente de los procedimientos de inspección posteriores. Las características de la soldadura, como la dimensión/forma, el volumen, la rugosidad, el tamaño, etc., pueden medirse para una evaluación crítica.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE LA SUPERFICIE DE LA SOLDADURA

A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles o la interferometría, la NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto, utilizando cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la estadificación abierta y no es necesaria ninguna preparación de la muestra. El rango nano a macro se obtiene durante la medición del perfil de la superficie sin influencia de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie altos y no hay manipulación de los resultados por software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difuso, pulido, rugoso, etc. Las capacidades 2D y 2D de los perfilómetros portátiles NANOVEA los convierten en instrumentos ideales para una inspección completa de la superficie de soldadura tanto en el laboratorio como en el campo.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilador portátil NANOVEA JR25 se utiliza para medir la rugosidad de la superficie, la forma y el volumen de una soldadura, así como el área circundante. Esta información puede proporcionar información crítica para investigar adecuadamente la calidad de la soldadura y el proceso de soldadura.

NANOVEA

JR25

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RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

La imagen siguiente muestra la vista completa en 3D de la soldadura y la zona circundante junto con los parámetros de la superficie de la soldadura únicamente. A continuación se muestra el perfil de la sección transversal en 2D.

la muestra

Con el perfil de la sección transversal 2D anterior eliminado del 3D, la información dimensional de la soldadura se calcula a continuación. Superficie y volumen de material calculado para la soldadura sólo a continuación.

 AGUJEROPEAK
SUPERFICIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUMEN8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFUNDIDAD/ALTURA MÁXIMA0,0276 mm0,6195 mm
PROFUNDIDAD/ALTURA MEDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilador sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión las características críticas de una soldadura y la superficie circundante. A partir de la rugosidad, las dimensiones y el volumen, se puede determinar un método cuantitativo para la calidad y la repetibilidad y o investigar más a fondo. Las soldaduras de muestra, como el ejemplo de esta nota de aplicación, pueden analizarse fácilmente, con un NANOVEA Profiler estándar de sobremesa o portátil para pruebas internas o de campo

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Análisis de la fractografía mediante perfilometría 3D

ANÁLISIS DE LA FRACTOGRAFÍA

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fractografía es el estudio de las características de las superficies fracturadas e históricamente se ha investigado mediante microscopio o SEM. Dependiendo del tamaño de la característica, se selecciona un microscopio (macro características) o SEM (nano y micro características) para el análisis de la superficie. Ambos permiten en última instancia la identificación del tipo de mecanismo de fractura. Aunque eficaz, el microscopio tiene limitaciones claras y el SEM en la mayoría de los casos, aparte del análisis a nivel atómico, no es práctico para medir la superficie de fracturas y carece de una capacidad de uso más amplia. Con avances en la tecnología de medición óptica, NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto ahora se considera el instrumento preferido, con su capacidad de proporcionar mediciones de superficies en 2D y 3D desde nano hasta macroescala.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE FRACTURAS

A diferencia de un SEM, un perfilómetro 3D sin contacto puede medir casi cualquier superficie y tamaño de muestra, con una preparación mínima de la muestra, a la vez que ofrece unas dimensiones verticales/horizontales superiores a las de un SEM. Con un perfilómetro, las características de rango nano a macro se capturan en una sola medición con cero influencia de la reflectividad de la muestra. Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. El perfilómetro 3D sin contacto proporciona una capacidad amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de fractura de superficies a una fracción del coste de un SEM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA ST400 se utiliza para medir la superficie fracturada de una muestra de acero. En este estudio, mostraremos un área 3D, extracción de perfil 2D y mapa direccional de la superficie.

NANOVEA

ST400

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RESULTADOS

SUPERFICIE SUPERIOR

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía51.26%
Primera dirección123.2º
Segunda dirección116.3º
Tercera dirección0.1725º

La superficie, el volumen, la rugosidad y muchos otros pueden calcularse automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

RESULTADOS

SUPERFICIE LATERAL

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía15.55%
Primera dirección0.1617º
Segunda dirección110.5º
Tercera dirección171.5º

La superficie, el volumen, la rugosidad y muchos otros pueden calcularse automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ST400 puede caracterizar con precisión la topografía completa (características nano, micro y macro) de una superficie fracturada. A partir del área 3D, la superficie puede ser claramente identificada y las subáreas o perfiles/secciones transversales pueden ser rápidamente extraídas y analizadas con una lista interminable de cálculos de superficie. Las características subnano de la superficie pueden analizarse aún más con un módulo AFM integrado.

Además, NANOVEA ha incluido una versión portátil a su línea de perfilómetros, especialmente crítica para los estudios de campo en los que la superficie de la fractura es inamovible. Con esta amplia lista de capacidades de medición de superficies, el análisis de la superficie de la fractura nunca ha sido más fácil y conveniente con un solo instrumento.

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Desgaste y fricción de las correas de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Las transmisiones por correa transmiten la potencia y siguen el movimiento relativo entre dos o más ejes giratorios. Al ser una solución sencilla y económica, con un mantenimiento mínimo, las transmisiones por correa se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como sierras de cinta, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y transportadores. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de las sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE PARA LAS TRANSMISIONES POR CORREA

La fricción y el desgaste son inevitables en las correas de una máquina accionada por correa. Una fricción suficiente garantiza una transmisión eficaz de la potencia sin deslizamiento, pero una fricción excesiva puede desgastar rápidamente la correa. Durante el funcionamiento de la transmisión por correa se producen diferentes tipos de desgaste, como la fatiga, la abrasión y la fricción. Para prolongar la vida útil de la correa y reducir el coste y el tiempo de reparación y sustitución de la misma, es conveniente realizar una evaluación fiable del desgaste de las correas para mejorar su vida útil, la eficacia de la producción y el rendimiento de la aplicación. La medición precisa del coeficiente de fricción y del índice de desgaste de la correa facilita la I+D y el control de calidad de la producción de correas.

Tribómetro Neumático de Alta Carga

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de correas con diferentes texturas superficiales para mostrar la capacidad del NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

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PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial fueron evaluados por el NANOVEA Carga alta Tribómetro utilizando el módulo de desgaste alternativo lineal. Como contramaterial se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro). La rugosidad de la superficie y la huella de desgaste se examinaron utilizando un sistema integrado. Perfilómetro 3D sin contacto. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=Vl(Fxs), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

 

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo una bola lisa de acero 440, pero se puede aplicar cualquier material sólido con diferentes formas y acabados de superficie utilizando accesorios personalizados para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La banda texturizada y la banda lisa tienen una rugosidad superficial Ra de 33,5 y 8,7 um, respectivamente, según los perfiles superficiales analizados tomados con un NANOVEA Perfilador óptico 3D sin contacto. El COF y la tasa de desgaste de las dos correas probadas se midieron a 10 N y 100 N, respectivamente, para comparar el comportamiento de desgaste de las correas a diferentes cargas.

FIGURA 1 muestra la evolución del COF de las correas durante las pruebas de desgaste. Las correas con diferentes texturas muestran comportamientos de desgaste sustancialmente diferentes. Es interesante que, tras el periodo de rodaje durante el cual el COF aumenta progresivamente, la correa texturizada alcanza un COF inferior de ~0,5 en ambas pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa probada bajo la carga de 10 N exhibe un COF significativamente superior de~ 1,4 cuando el COF se estabiliza y se mantiene por encima de este valor durante el resto de la prueba. La correa lisa probada bajo la carga de 100 N se desgastó rápidamente por la bola de acero 440 y formó una gran huella de desgaste. Por lo tanto, la prueba se detuvo a 220 revoluciones.

FIGURA 1: Evolución del COF de las correas a diferentes cargas.

La FIGURA 2 compara las imágenes de las huellas de desgaste en 3D después de las pruebas a 100 N. El perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información en la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.

TABLA 1: Resultado del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 2:  Vista en 3D de los dos cinturones
después de las pruebas a 100 N.

El perfil de la huella de desgaste en 3D permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste calculado por el software de análisis avanzado, como se muestra en la TABLA 1. En una prueba de desgaste de 220 revoluciones, la correa lisa presenta una huella de desgaste mucho mayor y más profunda, con un volumen de 75,7 mm3, en comparación con un volumen de desgaste de 14,0 mm3 para la correa texturizada tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La fricción significativamente mayor de la correa lisa contra la bola de acero da lugar a un índice de desgaste 15 veces mayor en comparación con la correa texturizada.

 

Una diferencia tan drástica de COF entre la correa texturizada y la lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la correa y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento de desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste coincide con la observación de la evolución del COF: La correa texturizada, que mantiene un COF bajo de ~0,5, no muestra ningún signo de desgaste después de la prueba de desgaste bajo una carga de 10 N. La correa lisa muestra una pequeña huella de desgaste a 10 N. Las pruebas de desgaste realizadas a 100 N crean huellas de desgaste sustancialmente mayores tanto en la correa texturizada como en la lisa, y la tasa de desgaste se calculará utilizando perfiles 3D, como se comentará en el siguiente párrafo.

FIGURA 3:  Huellas de desgaste bajo el microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro NANOVEA T2000 para evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las correas de una manera bien controlada y cuantitativa. La textura de la superficie desempeña un papel fundamental en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento. La correa texturizada presenta un coeficiente de fricción estable de ~0,5 y posee una larga vida útil, lo que se traduce en una reducción del tiempo y los costes de reparación o sustitución de las herramientas. En comparación, la excesiva fricción de la correa lisa contra la bola de acero desgasta rápidamente la correa. Además, la carga de la correa es un factor vital para su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que provoca un desgaste acelerado de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 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. NANOVEA's 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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Microestructura de fósiles mediante perfilometria de 3D

MICROESTRUCTURA FÓSIL

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Los fósiles son los restos conservados de rastros de plantas, animales y otros organismos enterrados en sedimentos bajo antiguos mares, lagos y ríos. Los tejidos blandos del cuerpo suelen descomponerse tras la muerte, pero las conchas duras, los huesos y los dientes se fosilizan. Los rasgos superficiales de la microestructura suelen conservarse cuando se produce la sustitución mineral de las conchas y los huesos originales, lo que permite conocer la evolución del tiempo y el mecanismo de formación de los fósiles.

IMPORTANCIA DE UN PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL EXAMEN DE FÓSILES

Los perfiles 3D del fósil nos permiten observar las características detalladas de la superficie de la muestra fósil desde un ángulo más cercano. Es posible que la alta resolución y precisión del perfilómetro NANOVEA no sean perceptibles a simple vista. El software de análisis del perfilómetro ofrece una amplia gama de estudios aplicables a estas superficies únicas. A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles, NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto Mide las características de la superficie sin tocar la muestra. Esto permite la preservación de las verdaderas características de la superficie de ciertas delicadas muestras fósiles. Además, el perfilómetro portátil modelo Jr25 permite la medición 3D en yacimientos de fósiles, lo que facilita sustancialmente el análisis y la protección de los fósiles después de la excavación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio se utiliza el perfilómetro NANOVEA Jr25 para medir la superficie de dos muestras fósiles representativas. Se escaneó y analizó toda la superficie de cada fósil para caracterizar sus rasgos superficiales que incluyen la rugosidad, el contorno y la dirección de la textura.

NANOVEA

Jr25

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FÓSIL DE BRAQUIÓPODO

La primera muestra fósil presentada en este informe es un fósil de braquiópodo, procedente de un animal marino que tiene "válvulas" (conchas) duras en sus superficies superior e inferior. Aparecieron por primera vez en el periodo Cámbrico, hace más de 550 millones de años.

La vista 3D del escáner se muestra en la FIGURA 1 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 2. 

FIGURA 1: Vista en 3D de la muestra de fósiles de braquiópodos.

FIGURA 2: Vista en falso color de la muestra de fósiles de braquiópodos

A continuación, se retiró la forma general de la superficie para investigar la morfología local de la superficie y el contorno del fósil de braquiópodo, como se muestra en la FIGURA 3. En la muestra del fósil de braquiópodo se observa ahora una peculiar textura de surco divergente.

FIGURA 3: Vista de falso color y vista de líneas de contorno después de la eliminación de la forma.

Se extrae un perfil de líneas de la zona texturizada para mostrar una vista transversal de la superficie fósil en la FIGURA 4. El estudio de la altura del escalón mide las dimensiones precisas de las características de la superficie. Los surcos poseen una anchura media de ~0,38 mm y una profundidad de ~0,25 mm.

FIGURA 4: Estudios de perfil de línea y de altura de paso de la superficie texturizada.

FÓSIL DE TALLO DE CRINOIDE

La segunda muestra fósil es un fósil de tallo de Crinoide. Los crinoideos aparecieron por primera vez en los mares del período Cámbrico Medio, unos 300 millones de años antes de los dinosaurios. 

 

La vista 3D del escáner se muestra en la FIGURA 5 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 6. 

FIGURA 5: Vista en 3D de la muestra de fósiles de crinoides.

La isotropía de la textura de la superficie y la rugosidad del fósil de tallo de Crinoide se analizan en la FIGURA 7. 

 Este fósil tiene una dirección de textura preferente en el ángulo cercano a 90°, lo que lleva a la isotropía de la textura de 69%.

FIGURA 6: Vista en falso color de la Tallo de crinoide muestra.

 

FIGURA 7: Isotropía y rugosidad de la textura superficial del tallo fósil de Crinoide.

El perfil 2D a lo largo de la dirección axial del fósil de tallo de Crinoide se muestra en la FIGURA 8. 

El tamaño de los picos de la textura superficial es bastante uniforme.

FIGURA 8: Análisis del perfil 2D del fósil de tallo de Crinoide.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, estudiamos exhaustivamente las características de la superficie 3D de un fósil de tallo de braquiópodo y crinoideo utilizando el perfilómetro portátil sin contacto NANOVEA Jr25. Demostramos que el instrumento puede caracterizar con precisión la morfología 3D de las muestras fósiles. A continuación, se analizan las interesantes características de la superficie y la textura de las muestras. La muestra de braquiópodo posee una textura de surco divergente, mientras que el fósil de tallo de crinoide muestra una isotropía de textura preferente. Los detallados y precisos escaneos de superficie en 3D resultan ser herramientas ideales para que paleontólogos y geólogos estudien la evolución de las vidas y la formación de los fósiles.

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 el de 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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Medición del límite de la superficie de la espuma de poliestireno Profilometría

Medición del límite de la superficie

Medición del límite de la superficie mediante perfilometría 3D

Más información

MEDICIÓN DEL LÍMITE DE LA SUPERFICIE

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUCCIÓN

En los estudios en los que se evalúa la interfaz de las características de la superficie, los patrones, las formas, etc., para la orientación, será útil identificar rápidamente las áreas de interés en todo el perfil de medición. Al segmentar una superficie en áreas significativas, el usuario puede evaluar rápidamente los límites, los picos, las fosas, las áreas, los volúmenes y muchos otros para comprender su papel funcional en todo el perfil de la superficie en estudio. Por ejemplo, como en el caso de las imágenes de los límites de grano de los metales, la importancia del análisis es la interfaz de muchas estructuras y su orientación general. Al comprender cada área de interés, se pueden identificar los defectos o anormalidades dentro del área general. Aunque las imágenes de los límites de grano se estudian normalmente en un rango que sobrepasa la capacidad del Profilometer, y es sólo un análisis de imágenes en 2D, es una referencia útil para ilustrar el concepto de lo que se mostrará aquí a mayor escala junto con las ventajas de la medición de superficies en 3D.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DE LA SEPARACIÓN DE SUPERFICIES

A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles o la interferometría, la Perfilómetro 3D sin contacto, utilizando cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la estadificación abierta y no es necesaria ninguna preparación de la muestra. El rango nano a macro se obtiene durante la medición del perfil de la superficie sin influencia de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie altos y no hay manipulación de los resultados por software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difuso, pulido, rugoso, etc. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie cuando se necesita un análisis de límites de superficie; junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación se utiliza el perfilómetro Nanovea ST400 para medir la superficie de la espuma de poliestireno. Los límites se establecieron combinando un archivo de intensidad reflejada junto con la topografía, que se adquieren simultáneamente con el NANOVEA ST400. Estos datos se utilizaron para calcular la información de la forma y el tamaño de cada "grano" de espuma de poliestireno.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite de la superficie en 2D

Imagen topográfica (abajo a la izquierda) enmascarada por la imagen de intensidad reflejada (abajo a la derecha) para definir claramente los límites del grano. Todos los granos de menos de 565µm de diámetro se han ignorado aplicando un filtro.

Número total de granos: 167
Superficie total proyectada ocupada por los granos: 166,917 mm² (64,5962 %)
Superficie total proyectada ocupada por los límites: (35,4038 %)
Densidad de los granos: 0,646285 granos / mm2

Área = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Perímetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diámetro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diámetro medio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diámetro mínimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diámetro máximo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite de la superficie en 3D

Utilizando los datos topográficos 3D obtenidos, se puede analizar el volumen, la altura, el pico, la relación de aspecto y la información general sobre la forma de cada grano. Superficie total ocupada en 3D: 2,525mm3

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la superficie de la espuma de poliestireno. Se puede obtener información estadística sobre toda la superficie de interés o sobre granos individuales, ya sean picos o fosas. En este ejemplo se utilizaron todos los granos mayores que un tamaño definido por el usuario para mostrar el área, el perímetro, el diámetro y la altura. Las características que se muestran aquí pueden ser fundamentales para la investigación y el control de calidad de las superficies naturales y prefabricadas, desde aplicaciones biomédicas hasta de micromecanizado, entre otras muchas. 

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Medición de contornos mediante un perfilómetro de NANOVEA

Medición del contorno de la banda de rodadura

Medición del contorno de la banda de rodadura

Más información

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MEDICIÓN DEL CONTORNO DE LA BANDA DE RODADURA DE CAUCHO

UTILIZANDO EL PERFILADOR ÓPTICO 3D

Medición del contorno de la banda de rodadura - NANOVEA Profiler

Preparado por

ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

Como todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte a su rugosidad superficial. En las aplicaciones de neumáticos para vehículos, la tracción con la carretera es muy importante. La rugosidad de la superficie y la banda de rodadura del neumático desempeñan un papel importante en este sentido. En este estudio se analizan la rugosidad y las dimensiones de la superficie del caucho 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, la de NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto Utilice el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie. 

El sistema Profiler permite una amplia variedad de tamaños de muestra y no requiere ninguna preparación de la misma. Las características de rango nano a macro pueden detectarse durante una sola exploración con cero influencia 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 y 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 goma.

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 el área desarrollada de la superficie.

NANOVEA

ST400

ANÁLISIS: TRASERO DE NEUMÁTICOS

La vista en 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor del mapeo de los diseños de superficie en 3D. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente el tamaño y la forma de las bandas de rodadura desde diferentes ángulos. El Análisis Avanzado de Contornos y el Análisis de Altura de Peldaños son dos herramientas extremadamente potentes para medir las dimensiones precisas de las formas y el diseño de las muestras

ANÁLISIS AVANZADO DE CONTORNOS

ANÁLISIS DE LA ALTURA DEL ESCALÓN

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. Se puede observar 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 mostrado 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. Se han realizado varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de caucho también se mide.

La información presentada en este estudio puede utilizarse para comparar el rendimiento de los neumáticos de caucho con diferentes diseños de banda de rodadura, formulaciones o distintos grados de desgaste. Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de la cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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Control de calidad de piezas mecanizadas

Inspección de piezas mecanizadas

PIEZAS MECANIZADAS

inspección a partir del modelo CAD mediante perfilometría 3D

El autor:

Duanjie Li, Doctor en Filosofía

Revisado por

Jocelyn Esparza

Inspección de piezas mecanizadas con un perfilómetro

INTRODUCCIÓN

La demanda de mecanizado de precisión capaz de crear geometrías complejas ha ido en aumento en todo un espectro de industrias. Desde el sector aeroespacial, el médico y el automovilístico, hasta los engranajes tecnológicos, la maquinaria y los instrumentos musicales, la innovación y la evolución continuas elevan las expectativas y los niveles de precisión a nuevas cotas. En consecuencia, asistimos al aumento de la demanda de técnicas e instrumentos de inspección rigurosos para garantizar la máxima calidad de los productos.

Importancia de la perfilometría 3D sin contacto para la inspección de piezas

La comparación de las propiedades de las piezas mecanizadas con sus modelos CAD es esencial para verificar las tolerancias y el cumplimiento de las normas de producción. La inspección durante el tiempo de servicio también es crucial, ya que el desgaste de las piezas puede exigir su sustitución. La identificación de cualquier desviación de las especificaciones requeridas a tiempo ayudará a evitar costosas reparaciones, paradas de producción y una reputación deteriorada.

A diferencia de una técnica de sonda táctil, NANOVEA Perfiladores ópticos realice escaneos de superficies 3D sin contacto, lo que permite mediciones rápidas, precisas y no destructivas de formas complejas con la mayor precisión.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos el NANOVEA HS2000, un perfilador 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que realiza una inspección superficial completa de la dimensión, el radio y la rugosidad. 

Todo en menos de 40 segundos.

NANOVEA

HS2000

MODELO CAD

Una medición precisa de la dimensión y la rugosidad de la superficie de la pieza mecanizada es fundamental para asegurarse de que cumple las especificaciones, tolerancias y acabados superficiales deseados. A continuación se presentan el modelo 3D y el dibujo de ingeniería de la pieza que se va a inspeccionar. 

VISTA DE COLOR FALSO

La vista en falso color del modelo CAD y la superficie de la pieza mecanizada escaneada se comparan en la FIGURA 3. La variación de altura en la superficie de la muestra puede observarse por el cambio de color.

Se extraen tres perfiles 2D del escaneo de la superficie 3D, como se indica en la FIGURA 2, para verificar aún más la tolerancia dimensional de la pieza mecanizada.

COMPARACIÓN DE PERFILES Y RESULTADOS

Los perfiles 1 a 3 se muestran en las FIGURAS 3 a 5. La inspección cuantitativa de la tolerancia se lleva a cabo comparando el perfil medido con el modelo CAD para mantener los rigurosos estándares de fabricación. El Perfil 1 y el Perfil 2 miden el radio de diferentes zonas de la pieza curvada mecanizada. La variación de altura del Perfil 2 es de 30 µm en una longitud de 156 mm, lo que cumple el requisito de tolerancia deseado de ±125 µm. 

Al establecer un valor límite de tolerancia, el software de análisis puede determinar automáticamente el aprobado o el suspenso de la pieza mecanizada.

Inspección de piezas de máquinas con un perfilómetro

La rugosidad y la uniformidad de la superficie de la pieza mecanizada desempeñan un papel importante para garantizar su calidad y funcionalidad. La FIGURA 6 es una superficie extraída del escaneo de la pieza mecanizada que se utilizó para cuantificar el acabado de la superficie. La rugosidad superficial media (Sa) se calculó en 2,31 µm.

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos mostrado cómo el perfilador sin contacto NANOVEA HS2000, equipado con un sensor de alta velocidad, realiza una inspección superficial completa de las dimensiones y la rugosidad. 

Los escaneos de alta resolución permiten a los usuarios medir la morfología detallada y las características de la superficie de las piezas mecanizadas y compararlas cuantitativamente con sus modelos CAD. El instrumento también es capaz de detectar cualquier defecto, incluidos arañazos y grietas. 

El análisis avanzado de contornos sirve como una herramienta inigualable no sólo para determinar si las piezas mecanizadas satisfacen las especificaciones establecidas, sino también para evaluar los mecanismos de fallo de los componentes desgastados.

Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos posibles con el software de análisis avanzado que viene equipado con cada NANOVEA Optical Profiler.

 

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Herramientas dentales: Análisis dimensional y de rugosidad superficial



INTRODUCCIÓN

 

Tener unas dimensiones precisas y una rugosidad superficial óptima es vital para la funcionalidad de los tornillos dentales. Muchas dimensiones de los tornillos dentales requieren una gran precisión, como los radios, los ángulos, las distancias y las alturas de los escalones. Conocer la rugosidad de la superficie local también es muy importante para cualquier herramienta o pieza médica que se inserte en el interior del cuerpo humano para minimizar la fricción por deslizamiento.

 

 

PERFILOMETRÍA SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DIMENSIONAL

 

Nanovea Perfiladores 3D sin contacto Utilice una tecnología basada en luz cromática para medir la superficie de cualquier material: transparente, opaca, especular, difusa, pulida o rugosa. A diferencia de la técnica de sonda táctil, la técnica sin contacto puede medir dentro de áreas estrechas y no agregará ningún error intrínseco debido a la deformación causada por la presión de la punta sobre un material plástico más blando. La tecnología basada en luz cromática también ofrece precisiones laterales y de altura superiores en comparación con la tecnología de variación de enfoque. Nanovea Profilers puede escanear grandes superficies directamente sin unir y perfilar la longitud de una pieza en unos segundos. Se pueden medir características de superficie de rango nano a macro y ángulos de superficie altos gracias a la capacidad del perfilador para medir superficies sin ningún algoritmo complejo que manipule los resultados.

 

 

OBJETIVO DE MEDICIÓN

 

En esta aplicación, se utilizó el perfilador óptico Nanovea ST400 para medir un tornillo dental a lo largo de las características planas y roscadas en una sola medición. La rugosidad de la superficie se calculó a partir del área plana, y se determinaron varias dimensiones de las características de la rosca.

 

control de calidad de los tornillos dentales

Muestra de tornillo dental analizada por NANOVEA Perfilador óptico.

 

Muestra de tornillo dental analizada.

 

RESULTADOS

 

Superficie 3D

La vista 3D y la vista en falso color del tornillo dental muestran un área plana con roscado que comienza en ambos lados. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la morfología del tornillo desde diferentes ángulos. La zona plana se extrajo del escaneo completo para medir su rugosidad superficial.

 

 

Análisis de superficies 2D

También se pueden extraer perfiles lineales de la superficie para mostrar una vista transversal del tornillo. El análisis de contornos y los estudios de altura de los escalones se utilizaron para medir las dimensiones precisas en un lugar determinado del tornillo.

 

 

CONCLUSIÓN

 

En esta aplicación, hemos mostrado la capacidad del Nanovea 3D Non-Contact Profiler para calcular con precisión la rugosidad de la superficie local y medir características de grandes dimensiones en un solo escaneo.

Los datos muestran una rugosidad superficial local de 0,9637 μm. Se encontró que el radio del tornillo entre roscas era de 1,729 mm y las roscas tenían una altura promedio de 0,413 mm. Se determinó que el ángulo medio entre los hilos era de 61,3°.

Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.

 

Preparado por
Dr. Duanjie Li, Jonathan Thomas y Pierre Leroux

Evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre con tratamiento superficial

Importancia de la evaluación del desgaste y los arañazos en el alambre de cobre

El cobre tiene una larga historia de uso en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo. Los cables de cobre se aplican 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 de todo el cobre extraído se utiliza para la fabricación de alambres y cables eléctricos.

La calidad de la superficie del alambre de cobre es fundamental para el rendimiento y la vida útil de la aplicación. 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 requerida para causar falla en la capa superficial tratada. Este estudio muestra la Nanovea Tribómetro y Probador Mecánico como herramientas ideales para la evaluación y control de calidad de cables eléctricos.

 

 

Procedimiento de prueba y procedimientos

El tribómetro Nanovea evaluó el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de dos tratamientos superficiales diferentes en alambres de cobre (alambre A y alambre B) utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. El contramaterial utilizado en esta aplicación es una bola de Al₂O₃ (6 mm de diámetro). La pista de desgaste se examinó utilizando Nanovea. Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1.

En este estudio se utilizó como ejemplo una bola lisa de Al₂O₃ como contramaterial. Cualquier material sólido con diferente forma y acabado superficial puede aplicarse utilizando un accesorio personalizado para simular la situación de aplicación real.

 

 

El probador mecánico de Nanovea, equipado con un palpador de diamante Rockwell C (100 μm de radio), realizó ensayos de rayado con 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 discusión

Desgaste del cable 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 presenta 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 las huellas de desgaste, proporcionando una comprensión fundamental del mecanismo de desgaste. La superficie del alambre B presenta daños significativos en las huellas de desgaste tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La vista 3D del perfilómetro muestra la capa tratada de la superficie del alambre B eliminada por completo, lo que aceleró sustancialmente el proceso de desgaste. Esto ha dejado 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 cable B. En comparación, el alambre A presenta un desgaste relativamente leve que se manifiesta en una huella de desgaste poco profunda en la superficie. La capa tratada en la superficie del cable A no se eliminó como la del cable B en las mismas condiciones.

Resistencia al rayado de la superficie del cable de cobre:

La figura 4 muestra las huellas de arañazos en los cables después de las pruebas. La capa protectora del cable A muestra una muy buena resistencia al rayado. 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 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 que se muestran 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 superficie en 3D de un centavo con perfilometría sin contacto

Importancia de la perfilometría sin contacto para las monedas

La moneda es muy valorada en la sociedad moderna porque se intercambia por bienes y servicios. Las monedas y los billetes circulan por las manos de muchas personas. La transferencia constante de moneda física crea deformaciones en la superficie. El 3D de Nanovea Perfilómetro escanea la topografía de monedas acuñadas en diferentes años para investigar las diferencias superficiales.

Las características de las monedas son fácilmente reconocibles para el público en general ya que son objetos comunes. Un centavo es ideal para presentar la fortaleza del software avanzado de análisis de superficies de Nanovea: Mountains 3D. Los datos de superficie recopilados con nuestro perfilómetro 3D permiten análisis de alto nivel en geometría compleja con resta de superficie y extracción de contornos 2D. La sustracción de superficies con una máscara, sello o molde controlado compara la calidad de los procesos de fabricación, mientras que la extracción de contornos identifica tolerancias con análisis dimensional. El software 3D Profilometer y Mountains 3D de Nanovea investiga la topografía submicrónica de objetos aparentemente simples, como monedas de un centavo.



Objetivo de medición

Se escaneó toda la superficie superior de cinco céntimos 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 de 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 discusión

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 centavo. 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 para el ojo. En la superficie de la moneda de un céntimo se aprecian muchos pequeños arañazos. En la vista 3D se investigan la textura y la rugosidad de la moneda.

 










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. El radio exterior tenía una media de 9,500 mm ± 0,024, mientras que el radio interior tenía una media de 8,960 mm ± 0,032. Otros análisis dimensionales que Mountains 3D puede realizar en fuentes de datos 2D y 3D son las mediciones de distancia, la altura de los escalones, la planaridad y los cálculos de ángulos.







Sustracción de Superficies

La figura 5 muestra la zona de interés para el análisis de sustracción de superficies. El centavo de 2007 se utilizó como superficie de referencia para los cuatro centavos más antiguos. La sustracción de la superficie del centavo de 2007 muestra las diferencias entre los centavos con agujeros/picos. La diferencia de volumen total de la superficie se obtiene sumando los volúmenes de los agujeros/picos. El error RMS se refiere a la concordancia entre las superficies de los peniques.


 









Conclusión:





El High-Speed HS2000L de Nanovea escaneó cinco monedas de un centavo acuñadas en diferentes años. El software Mountains 3D comparó las superficies de cada moneda mediante la extracción de contornos, el análisis dimensional y la sustracción de superficies. El análisis define claramente el radio interior y exterior entre los peniques, a la vez que compara directamente las diferencias de las características de la superficie. Con 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 de investigación y control de calidad son infinitas.

 


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