Un método para medir la superficie con precisión y facilidad
La superficie se refiere generalmente a la superficie de un objeto tridimensional como un cubo, una esfera o un cono. Sin embargo, estas mediciones entrañan un alto grado de dificultad. Como sustituto, se utiliza un microscopio óptico, un microscopio digital o un instrumento de medición de imágenes CNC. Con estas herramientas, los usuarios pueden calcular la superficie a partir de datos 2D, pero no pueden obtener una medición precisa de la superficie. Aunque la medición es posible utilizando un sensor de desplazamiento o un rugosímetro, estos instrumentos solo miden puntos y líneas, lo que requiere mucho trabajo y tiempo para medir la superficie.
A continuación, describimos la superficie de varios objetivos de medición, así como los problemas de los métodos de medición y una solución a estos problemas.
- Área de superficie
- Problemas de la medición convencional de superficies
- Solución de problemas de medición de superficies
- Resumen: una mejora y mayor eficacia en la medición de superficies difíciles
Área de superficie
La superficie se refiere al área de una superficie 3D, y es un indicador importante a la hora de evaluar la funcionalidad, junto con la textura, la adherencia, el rendimiento de deslizamiento, la disipación del calor y la rugosidad de la superficie. Por ejemplo, en el caso de una superficie de fractura metálica o de fricción, PGA o grabado con un marcador láser, la medición de la superficie puede proporcionar información variada.
Superficie de fractura del metal
El análisis de las superficies metálicas fracturadas puede ser un método eficaz para investigar las causas de las fracturas. Mediante la observación detallada de la superficie de fractura del metal, se puede identificar hasta cierto punto la causa de la fractura basándose en la morfología de la misma. La medición de la superficie también permite calcular características como el porcentaje de fractura dúctil, que indica el porcentaje de fractura frágil de toda la superficie de fractura.
Área de superficie de desgaste
Dado que en las superficies de todos los objetos sólidos existen rugosidades u ondulaciones, el contacto, incluso entre superficies nominalmente planas, es en realidad un contacto entre protuberancias de las superficies (zona de contacto real). La medición de la superficie de desgaste nos permite identificar la causa del desgaste. El área de contacto real puede calcularse basándose en el área superficial y la rugosidad de la superficie de desgaste, esto permite identificar fácilmente las condiciones de desgaste.
Superficie de PGA (Pin Grid Array)
PGA (Pin Grid Array) es uno de los tipos de encapsulado de CI. Dado que las patillas se montan a alta densidad y se insertan en zócalos, será imposible montar el PGA en el zócalo si hay alguna desviación en el espesor, la altura o el ángulo de las patillas. Por este motivo, es importante medir características como la altura de los pines, el volumen y la superficie en un gran número de puntos.
Superficie de marcado por láser
La calidad del grabado con marcador láser puede evaluarse midiendo el volumen, la superficie y la sección transversal de la pieza grabada. Estos valores pueden ser útiles a la hora de ajustar la intensidad de irradiación láser, la absortividad de la luz láser del material, el diámetro del punto y otros parámetros.
Problemas de la medición convencional de superficies
Para la medición convencional de la superficie se utilizan microscopios ópticos, instrumentos de medición de imágenes CNC, rugosímetros y sensores de desplazamiento. Sin embargo, existen problemas de precisión, como la sustitución de los resultados de la medición de la superficie y el cálculo de la superficie a partir de datos 2D. Además, se necesita mucho tiempo para la medición debido al alto nivel de dificultad.
Problemas en la medición de superficies con microscopio óptico
La medición con un microscopio óptico es eficaz para objetivos pequeños. Los microscopios desarrollados en los últimos años permiten cuantificar los datos medidos y son más fáciles de manejar. Sin embargo, cuando el objetivo es grande, no se puede utilizar un microscopio para medir la superficie, el área y el volumen de todo el objetivo. Incluso cuando la medición es posible, se requieren grandes cantidades de tiempo y problemas para mover el objetivo mientras se mide.
Problemas en la medición de superficies con un instrumento de medición de imágenes CNC
En general, un instrumento de medición de imágenes CNC captura el objetivo en la plataforma mediante una cámara CCD y realiza la medición 3D.
La observación mediante imágenes en color es posible, pero al medir la superficie surgen los siguientes problemas.
- Pueden producirse errores de detección cuando hay protuberancias en la superficie del producto debido a defectos del producto como rebabas o astillado. Además, si los puntos de medición no se ajustan correctamente, se producirán variaciones en la precisión de la medición.
- Cuando aumenta el número de elementos de medición X, Y, Z o de otro tipo, el programa se vuelve complejo y requiere tanto conocimientos avanzados de expertos como un mayor número de horas-hombre para su configuración. Las horas-hombre de medición necesarias aumentan en proporción al número de objetivos de medición.
Otro problema importante es la necesidad de una cámara de medición que debe mantenerse a la temperatura de referencia. Además, no todos los operadores del lugar de trabajo pueden realizar mediciones precisas.
Problemas en la medición de superficies con un rugosímetro o un sensor de desplazamiento
Al medir la rugosidad superficial con un rugosímetro, la medición en la dirección de la altura se limita únicamente a puntos o líneas. En consecuencia, es necesario aumentar el número de puntos de medición para identificar con precisión la forma. El tiempo de medición realizado desplazando una sonda o un lápiz óptico aumenta proporcionalmente al número de puntos de medición. También es necesario ajustar la posición del objetivo después de instalarlo. Además, los valores medidos no son fiables porque los puntos de medición pueden variar en función del operador.
- A
- Lápiz óptico
- B
- Detector
Solución de problemas de medición de superficies
Los instrumentos de medición que se utilizan habitualmente plantean problemas como el largo tiempo necesario para posicionar el objetivo y el hecho de que la medición de objetivos y áreas tridimensionales se realiza mediante contacto puntual o lineal. Para resolver estos problemas de medición, KEYENCE ha desarrollado el perfilómetro óptico 3D de la Serie VR.
La Serie VR captura con precisión la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo sin entrar en contacto con él. También mide la forma tridimensional mediante el escaneado tridimensional del objetivo en el escenario en tan solo un segundo con gran precisión. La Serie VR es capaz de realizar mediciones instantáneas y cuantitativas sin errores en los resultados de medición. Esta sección presenta algunas ventajas específicas de la Serie VR.
Ventaja 1: capaz de medir un área amplia de hasta 300 x 150 mm (hasta 11.81" × 5.91").
La medición puede realizarse simplemente colocando el objetivo en la plataforma y presionando un botón. No es necesaria una colocación estricta ni ningún otro tipo de preparación. Esto permite realizar mediciones de gran precisión por operadores que no tienen conocimientos ni experiencia relacionados con los instrumentos de medición.
A diferencia de los instrumentos de medición convencionales, la Serie VR extrae las características del objetivo colocado en la plataforma y corrige automáticamente su posición. El posicionamiento estricto que antes requería mucho tiempo y esfuerzo ya no es necesario. La Serie VR también puede medir un área amplia de hasta 300 x 150 mm (11.81" × 5.91") uniendo varias imágenes de medición. Esto hace posible que incluso un operador sin experiencia pueda realizar mediciones de forma fácil e instantánea, y elimina la necesidad de asignar un operario especializado al trabajo de medición.
Con la Serie VR, incluso un objeto de gran superficie, como una placa de refrigeración, puede medirse con precisión simplemente colocándolo en la plataforma y presionando un botón.
Ventaja 2: evaluación cuantitativa de las áreas de superficie y las áreas de sección transversal.
En el caso de las superficies metálicas de fractura dúctil, es posible medir el área de la superficie y el área de la sección transversal, así como la relación entre el área de la superficie y el área de la sección transversal.
La Serie VR permite utilizar los datos de altura para medir el volumen y el área del objetivo, así como el diámetro XY a la altura especificada. También se puede realizar el recuento al mismo tiempo.
Resumen: una mejora y mayor eficacia en la medición de superficies difíciles
La Serie VR puede medir formas de objetivos 3D de forma precisa e instantánea mediante escaneado 3D de alta velocidad sin entrar en contacto con el objetivo. Puede resolver todos los problemas a los que se enfrentan los instrumentos de medición convencionales en la medición del área superficial, el volumen, el área de la sección transversal y la relación entre el área superficial y el área de la sección transversal.
- El volumen y la superficie pueden medirse simultáneamente.
- De este modo se elimina la variación derivada de factores humanos, lo que hace posible una verdadera medición cuantitativa.
- Sin necesidad de posicionamiento u otro tipo de preparación, la medición puede realizarse simplemente colocando el objetivo en la plataforma y presionando un botón. Esto elimina la necesidad de asignar un operador especializado para los trabajos de medición.
- Las formas 3D pueden medirse fácilmente a altas velocidades con gran precisión. Esto permite medir un gran número de objetivos en poco tiempo, lo que contribuye a mejorar la calidad.
Este sistema también permite realizar comparaciones con datos de formas 3D y datos CAD anteriores, así como analizar fácilmente datos como la distribución dentro de las tolerancias. Puede utilizarse eficazmente para una amplia gama de fines, como el desarrollo de productos, el análisis de tendencias de fabricación y las inspecciones por muestreo.
