El mundo multifacético de la medición de superficies

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El acabado superficial no es sólo un aspecto mundano de los objetos cotidianos; Tiene una enorme importancia en una amplia gama de aplicaciones. Desde la optimización de los productos de papel para el hogar hasta la fabricación de paletas de pickleball de alto rendimiento e incluso garantizar la comodidad y eficacia de los implantes quirúrgicos, la medición del acabado de la superficie es fundamental. Este artículo destacará las formas únicas en que se utiliza la medición de superficies en diversas industrias.

En primer lugar, he aquí algunas razones por las que el acabado superficial es fundamental:

Rendimiento y funcionalidad: La estructura de la superficie puede afectar significativamente el rendimiento y la funcionalidad de un componente o producto. Por ejemplo, los acabados superficiales precisos son fundamentales para piezas que deben encajar con tolerancias estrictas, como superficies de sellado, superficies de contacto o piezas móviles en maquinaria. El acabado superficial óptimo puede reducir la fricción, el desgaste y la corrosión y, en última instancia, mejorar el rendimiento y la longevidad del producto fabricado.

Seguridad: El acabado de la superficie también es fundamental para la seguridad en determinadas aplicaciones. Por ejemplo, los componentes con acabados superficiales específicos pueden mejorar el agarre en entornos industriales, reduciendo el riesgo de resbalones o accidentes. Los acabados de las superficies también pueden ayudar con el aislamiento eléctrico o la disipación del calor, garantizando la seguridad de los equipos eléctricos y electrónicos.

Desinfección: En aplicaciones donde la limpieza es esencial, como equipos médicos, maquinaria de procesamiento de alimentos o dispositivos farmacéuticos, el acabado de la superficie juega un papel clave. Por ejemplo, los acabados lisos y no porosos son más fáciles de limpiar, desinfectar y esterilizar, lo que evita la acumulación de contaminantes, bacterias u otras sustancias nocivas.

Apariencia: El acabado de la superficie puede desempeñar un papel crucial a la hora de determinar el atractivo visual de un producto. Un acabado superficial de alta calidad mejora la estética general del artículo. Dependiendo del resultado deseado, puede darle al producto un aspecto pulido, suave o texturizado.

Con nuevos procesos y materiales, junto con una comprensión más profunda del recubrimiento, la unión, la lubricación y la fricción, las superficies también tienen una función cada vez más técnica. En cualquiera de estos casos, las superficies diseñadas deben cumplir requisitos específicos con fines de calidad, por lo que la capacidad de medir con precisión el acabado superficial es crucial.

Productos de papel para el hogar: Hay una sorprendente cantidad de ciencia detrás de la fabricación de productos de papel para el hogar, como papel higiénico y toallas de papel, que optimizan características como la suavidad o la absorbencia. El acabado de la superficie y la textura juegan un papel importante en esto. Una medición adecuada del acabado superficial puede ayudar a optimizar estos atributos clave del producto al determinar la combinación ideal de suavidad y porosidad. Esto garantiza que los productos de papel para el hogar absorban líquidos de manera eficiente y al mismo tiempo mantengan una sensación suave y delicada.

Además, la medición del acabado superficial ayuda a determinar las características de rendimiento. Por ejemplo, el acabado de la superficie afecta la resistencia y la resistencia al desgarro. Al medir y controlar estos parámetros, los fabricantes pueden producir productos de papel para el hogar que sean resistentes y duraderos. La medición del acabado superficial garantiza aún más una calidad constante en los productos de papel. Los fabricantes pueden garantizar que los productos finales cumplan con las especificaciones deseadas midiendo la rugosidad, suavidad o textura.

Fabricación de paletas de Pickleball de alto rendimiento y legales para torneos: Pickleball es actualmente uno de los deportes de más rápido crecimiento en Estados Unidos, con un estimado de 36,5 millones de jugadores en 2022. El acabado de la superficie de una paleta de pickleball es fundamental ya que afecta directamente el rendimiento del jugador. Por ejemplo, un acabado superficial consistente permite un mejor control del balón, precisión y generación de efectos.

La medición del acabado superficial es necesaria para cumplir con las normas reglamentarias. La Asociación Profesional de Pickleball (PPA) exige que las palas amateurs o profesionales utilizadas en cualquier evento de la PPA deben estar en la lista de equipos aprobados de la organización. Esto incluye específicamente la medición de la rugosidad de la superficie. La organización afirma que se debe realizar una prueba de rugosidad en la superficie del pádel para que el equipamiento sea legal en el torneo.

El acabado de la superficie también afecta la durabilidad y la resistencia al desgaste de la paleta. Al medir el acabado de la superficie, los fabricantes pueden asegurarse de que la pala pueda soportar impactos repetidos, resistir rayones y mantener su rendimiento a lo largo del tiempo.

Especificaciones del palo de golf: Al igual que el pickleball, los clubes de golf deben cumplir con las reglas y regulaciones establecidas por organismos rectores como la Asociación de Golf de los Estados Unidos (USGA). La medición del acabado de la superficie es necesaria para garantizar el cumplimiento de estas regulaciones, que incluyen límites en la geometría de las ranuras, la rugosidad y otras características de la superficie. Por ejemplo, la USGA exige que la cara del palo debe cumplir con especificaciones específicas de rugosidad de la superficie, mientras que el ancho de cada ranura no puede exceder una medida específica en pulgadas.

La interacción entre la pelota de golf y la cara del palo también es crítica para determinar la distancia, la precisión y la sensación, y el acabado de la superficie juega un papel en esta interacción. Al medir las características del acabado de la superficie, como la rugosidad o la suavidad, los fabricantes pueden adaptar la cara del palo para proporcionar el nivel deseado de fricción o un efecto reducido para golpes específicos, lo que resulta en un mejor control y consistencia del tiro. El acabado de la superficie también afecta el rendimiento general del palo, ya que la textura, el pulido y más pueden influir en factores como el giro de la bola, el ángulo de lanzamiento y la tolerancia.

Medición de roca/asfalto para optimizar el rendimiento de los neumáticos: Los datos de textura y rugosidad de la superficie desempeñan un papel fundamental a la hora de determinar la tracción y el agarre de los neumáticos en superficies de roca o asfalto. El análisis del acabado de la superficie permite a los ingenieros obtener información valiosa sobre la influencia de estos factores para ayudar a optimizar los diseños de los neumáticos para proporcionar un equilibrio ideal entre agarre y estabilidad, mejorando en última instancia el rendimiento del neumático en diversas condiciones de la carretera.

Además de la tracción y el agarre, el impacto de la superficie de la carretera en el desgaste de los neumáticos es significativo. Las superficies irregulares o rugosas pueden provocar un desgaste acelerado de los neumáticos y un mayor riesgo de daños en la banda de rodadura. Al comprender a fondo los efectos de las diferentes superficies de las carreteras, los fabricantes pueden desarrollar diseños de neumáticos que mitiguen estos problemas, extendiendo la vida útil, reduciendo los costos de mantenimiento y mejorando la durabilidad.

La adquisición de datos topográficos proporcionados por tecnologías de medición de superficies es fundamental para este proceso. Las superficies de roca y asfalto normalmente se miden en pistas de prueba para analizar el impacto en el rendimiento de los neumáticos. Se aplican técnicas avanzadas de simulación y modelado por computadora para comprender el comportamiento de los compuestos de caucho en diversas condiciones de superficie. Al correlacionar los resultados con las mediciones de la superficie, los ingenieros pueden examinar el impacto de diferentes superficies en el rendimiento de los neumáticos, lo que les permite optimizar los diseños. Este enfoque integral garantiza que el neumático funcione de manera óptima según las características específicas de una superficie de carretera típica.

Medición de pisos para reducir el riesgo de resbalones: Los accidentes causados ​​por resbalones y caídas pueden provocar lesiones, responsabilidades legales y pérdidas financieras. Los propietarios pueden gestionar de forma proactiva los acabados de las superficies, reducir los riesgos de resbalones y mitigar el riesgo de accidentes. Esto no sólo salvaguarda el bienestar de los ocupantes, sino que también conduce a posibles ahorros de costos asociados con reclamaciones por lesiones, disputas legales y primas de seguros.

Con las mediciones de rugosidad, los ingenieros pueden evaluar más exhaustivamente el potencial de deslizamiento de la superficie de un piso. Esta información es esencial para identificar áreas de alto riesgo e implementar medidas apropiadas para reducir los peligros potenciales. Además, los diferentes materiales y acabados para pisos exhiben diferentes propiedades de resistencia al deslizamiento. Por lo tanto, la medición del acabado superficial permite a los diseñadores de edificios y administradores de instalaciones tomar decisiones más informadas sobre la selección de los materiales más adecuados para áreas específicas.

En algunas industrias, la medición del acabado superficial es necesaria para cumplir con normas y estándares de seguridad como OSHA. Organismos reguladores como este tienen requisitos específicos para la resistencia al deslizamiento en diferentes entornos, como lugares de trabajo, espacios públicos o edificios residenciales. Como resultado, los propietarios y administradores de instalaciones pueden garantizar el cumplimiento y reducir los riesgos de responsabilidad midiendo y documentando el acabado de la superficie.

Garantizar la comodidad y eficacia de los implantes quirúrgicos: En este último ejemplo, se utilizarán implantes para reemplazos de cadera, ya que brindan un excelente ejemplo para mostrar el espectro de medición del acabado superficial. En este tipo de implante quirúrgico, dos componentes trabajan juntos para recrear la estructura esférica de la articulación de la cadera. Esto incluye una superficie dinámica (una cabeza femoral) que puede moverse (como deslizarse o girar mientras está en servicio). Este tipo de implante tiene tolerancias muy estrictas, ya que las articulaciones deben moverse libremente con muy poca fricción. Para lograr esto, las cabezas femorales incorporan superficies altamente pulidas con un acabado casi de espejo.

El segundo componente, el vástago femoral, requiere características extremadamente rugosas y complejas a las que los huesos puedan crecer y adherirse. Qué tan bien puede funcionar el hueso depende de la rugosidad de esa superficie y también de qué tan contorneado esté o cuánta superficie exista para que el hueso crezca. En este tipo de implante ortopédico, la rugosidad de la superficie de la porción de la raíz del implante es esencial porque aumenta el área de superficie general, lo que, a su vez, aumenta la estabilidad del implante.

Al medir el acabado de la superficie, los fabricantes pueden garantizar que los implantes tengan las características deseadas, como suavidad, rugosidad adecuada y propiedades de fricción óptimas. Estos factores son cruciales en la capacidad del implante para articularse suavemente con los tejidos circundantes y proporcionar estabilidad y funcionalidad a largo plazo.

El análisis adecuado de las superficies diseñadas depende en gran medida de la elección del procedimiento de medición óptimo. Los métodos de medición del acabado superficial generalmente se pueden dividir en contacto y sin contacto. Los métodos de contacto incluyen la medición lineal (método de perfil). Esto mide la rugosidad en una sola línea de la superficie de la muestra mientras la punta de un lápiz recorre la superficie y sube y baja para determinar las mediciones de rugosidad. Esta técnica de medición del acabado superficial se puede aplicar a los ejemplos anteriores, incluidos productos de papel para el hogar, paletas de pickleball, palos de golf e implantes quirúrgicos.

También existen dispositivos de medición 3D que ofrecen nuevos conocimientos sobre las estructuras y el procesamiento de las superficies. Por ejemplo, supongamos que la aplicación requiere una comprensión más detallada de la estructura de la superficie y la información de un solo perfil es insuficiente. En ese caso, las mediciones reales en 3D pueden cubrir un área de muestreo de superficie más grande para proporcionar información detallada sobre la estructura/características de una superficie.

Los principales métodos sin contacto implican mediciones ópticas o de luz para capturar una imagen tridimensional de la superficie. La luz emitida por una herramienta como un microscopio confocal se refleja para obtener la medición sin entrar en contacto con la muestra. Como resultado, estos sistemas no dañan la muestra e incluso pueden medir materiales muy blandos o viscosos. La medición de superficies 3D se puede utilizar en las aplicaciones anteriores, como la optimización de productos de papel doméstico y la medición de superficies de roca/asfalto, pisos e implantes quirúrgicos.

Esta técnica óptica crea un mapa topográfico que incluye información de altura muy detallada en cada punto del área de medición, lo que permite una representación precisa de características complejas. Este tipo de medición óptica 3D es beneficioso para superficies más diversas cuando es necesario centrarse en estructuras funcionales, incluidas protuberancias o depresiones, y para determinar los parámetros centrales y la capacidad de carga de la superficie. Además, los sistemas de medición 3D actuales pueden proporcionar resolución en micrones y nanómetros y adquirir información más detallada sobre la rugosidad, la profundidad, el volumen, la planitud y más de la superficie.

Las nuevas tecnologías de microscopio confocal permiten la medición no destructiva e independiente del material de titanio, acero inoxidable, aleaciones a base de cobalto, plástico, polímeros, cerámicas y otros materiales, incluidas superficies no homogéneas y porosas.

Además, los instrumentos de medición confocales modernos pueden posicionar muestras con precisión, lo que permite realizar mediciones de rugosidad en un área objetivo pequeña en una ubicación precisa. Existe una generación de herramientas configurables con múltiples sensores que cuentan con posicionamiento de control de movimiento de cinco ejes sin contacto junto con software de automatización para medir tantas posiciones necesarias sin ajuste por parte del usuario, así como para permitir que el sistema se adapte a diferentes tareas de medición.

Por último, las mediciones basadas en lápiz óptico se han utilizado durante décadas y existe una gran cantidad de datos históricos valiosos asociados con estos tipos de mediciones. La tecnología líder de microscopios confocales presentará resultados que se correlacionan directamente con los resultados de contacto, lo que facilitará mucho a los fabricantes la implementación de esta tecnología.

Se han establecido muchos parámetros para la medición y evaluación de la rugosidad de la superficie.

ISO 4287, por ejemplo, especifica las reglas y procedimientos para evaluar la textura de la superficie utilizando perfilómetros de lápiz y normalmente registra perfiles con longitudes de varios milímetros. ASME B46.1 detalla las irregularidades geométricas de las superficies. Define la textura de la superficie y sus componentes: rugosidad y ondulación. También define parámetros para especificar la textura de la superficie.

También existen normas ISO específicas para implantes ortopédicos, como ISO 7206-2 e ISO 7207-2, que informan a los fabricantes sobre el acabado de la superficie, así como detalles adicionales sobre la geometría y las tolerancias para realizar prótesis. Por ejemplo, ISO 7206-2 cubre implantes de prótesis de articulación de cadera parciales y totales para cirugía, incluidas superficies metálicas, cerámicas y plásticas. Especifica los requisitos de esfericidad y acabado superficial para las superficies articulares de prótesis que proporcionan un reemplazo articular de configuración esférica. ISO 7207-2 detalla los componentes para prótesis parciales y totales de articulación de rodilla y especifica los requisitos de acabado superficial para las superficies articulatorias hechas de metal, cerámica y plástico.

Además, la base para la trazabilidad 3D en todo el mundo está definida por la norma ISO 25178, que detalla los parámetros de textura de la superficie 3D y los métodos de identificación. Este es el primer estándar internacional que considera la especificación y medición de texturas de superficies 3D y cubre técnicas de medición sin contacto. Además, ISO 25178 creó nuevos parámetros de área para estandarizar los resultados de las técnicas de medición 3D. Éstas incluyen:

A medida que la medición del acabado superficial se traslada cada vez más al punto de fabricación, agregar automatización ayuda a establecer operaciones inteligentes de control de calidad en la línea de producción para maximizar la productividad y aumentar la calidad y la eficiencia del mecanizado.

Para que las herramientas de medición del acabado superficial se utilicen en un proceso de medición totalmente automatizado, el equipo debe poder transmitir y recibir datos y controles de forma remota, incluidas instrucciones para iniciar una medición, cambiar los parámetros del acabado superficial para diferentes piezas, configurar la verificación y más. . Los sistemas de acabado de superficies totalmente automatizados que proporcionan una secuencia de medición sin intervención del operador son ideales para aplicaciones donde se deben medir numerosas características con precisión y se requiere la máxima flexibilidad.

La automatización tiene muchos beneficios para la medición del acabado superficial, que incluyen:

Tomar la medida correcta: Los procesos automatizados ayudan a garantizar que se midan las áreas correctas en ubicaciones de difícil acceso y que se generen datos confiables a partir de las mediciones. Además, los filtros y las longitudes de muestreo adecuados se aplican automáticamente para obtener resultados confiables, lo que alivia la posibilidad de filtros o longitudes de muestreo incorrectos que pueden proporcionar resultados deficientes.

Mayor velocidad y menor complejidad:Las herramientas de medición automatizadas pueden permitir procesar muy rápidamente un volumen increíblemente alto de piezas, independientemente de la forma, el tamaño o el tipo de material que deba comprobarse.

Productividad del operador:Las mediciones automatizadas del acabado de la superficie permiten al operador utilizar el tiempo de manera más eficiente sin realizar movimientos manuales continuos, tediosos o repetitivos.

Reducción de errores Realizar tareas manuales de medición del acabado de superficies puede resultar muy monótono, lo que aumenta la posibilidad de error humano. La automatización del proceso elimina este riesgo.

El acabado superficial juega un papel esencial en una amplia variedad de aplicaciones, desde elementos que utilizamos todos los días hasta tecnologías vitales. La capacidad de medir con precisión el acabado superficial es crucial para garantizar que las superficies diseñadas cumplan con requisitos específicos con fines de calidad.

Las tecnologías de medición de superficies, incluidas las opciones de contacto y sin contacto, han avanzado significativamente, lo que permite obtener información más detallada sobre las estructuras y el procesamiento de las superficies. Ya sea que se midan superficies para productos domésticos o implantes quirúrgicos, la medición del acabado de la superficie es necesaria para optimizar los atributos clave del producto, garantizar la seguridad y cumplir con los estándares regulatorios. Con la automatización, los procesos de medición del acabado superficial se vuelven aún más inteligentes, eficientes y precisos, lo que permite a los fabricantes maximizar la productividad y aumentar la calidad.

Nick Ruso es gerente de producto de Mahr. Para obtener más información, llame al (401) 784-3392, envíe un correo electrónico a [email protected] o visite www.mahr.com.

Patricia Nugent es vicepresidente de gestión de productos de Mahr. Para obtener más información, llame al (401) 784-3392, envíe un correo electrónico a [email protected] o visite www.mahr.com.