Medición para un verdadero análisis de superficie

Cuando un ingeniero incluye una especificación de acabado superficial en un plano, usualmente la intención no es sólo por estética. El acabado superficial afecta cómo una parte ajustará, se desgastará, reflejará la luz, transmitirá el calor, distribuirá la lubricación y aceptará recubrimientos. El acabado debería determinarse por la función de la parte: una superficie debería satisfacer los requerimientos de ingeniería de la aplicación sin gastar tiempo y esfuerzo en un acabado de calidad superior a lo necesario. De hecho, muchas aplicaciones mejoran con una cierta cantidad de “textura”, y un acabado muy fino puede ser tan malo como un acabado muy grueso.

En los años de 1940, la medición del acabado superficial mejoró al pasar de comparar visualmente estándares de referencia en parches hacia mover un esfero fino a través de la superficie de la parte mediante un transductor y un amplificador. Esto proporcionaba datos de medición de la parte que podían registrarse y analizarse contra varios parámetros de superficie para evaluar su rugosidad, perfil y ondulación. 

Para la siguiente mitad del siglo, esta técnica fue invaluable para varias industrias: ayudó a que los motores duraran más tiempo, mejoró la economía de combustible, hizo la aviación más segura y ofreció una multitud de mejoras adicionales en manufactura. Los beneficios fueron valiosos para toda la industria, pero también para el usuario, quien podía obtener resultados con sistemas portátiles de bajo costo y fáciles de operar, que podían usarse en el punto de manufactura por parte del operario de la máquina-herramienta.

Los resultados de la medición eran 2D, lo que significa que las superficies eran analizadas en su rugosidad a lo largo de una sola línea, y así, sólo una pequeña muestra de la superficie era realmente inspeccionada. Los sistemas más complejos crearían resultados de área de superficie 3D al combinar múltiples trazos, pero aún había una cantidad de información importante de la superficie que podía perderse con esta medición mecánica. La limitación clave de estos sistemas era que la técnica estaba limitada generalmente a partes o estructuras que eran visibles y regulares (homogéneas) en su patrón de superficie.

Sin embargo, hay muchas aplicaciones de superficie en las cuales una sonda táctil puede no funcionar. Esto puede incluir muchas superficies pequeñas; materiales que son muy delicados y podrían dañarse cuando se tocan con una sonda; superficies que están recubiertas o tienen un patrón irregular (no homogéneo); o superficies que son porosas, como cerámicas o fundiciones.

Como resultado, la metrología está pasando por una revolución con una industria completamente nueva desarrollada alrededor de la óptica para un verdadero análisis de superficie.

Yendo más allá de la forma, ondulación y rugosidad, el análisis óptico 2D y 3D ahora permite mirar la estructura de grano, estructuras de red y moleculares en superficies que eran demasiado pequeñas o demasiado delicadas para otros medios de análisis. Las nuevas técnicas de análisis de superficie están siendo proporcionadas por las tecnologías ópticas que usan visión, análisis de imagen confocal e interferometría.

Las superficies pequeñas o sensibles pueden medirse usando un análisis de perfil 2D óptico similar a los sistemas de contacto con excelente correlación con las técnicas táctiles. Estos sistemas pueden ser más rápidos que los sistemas de contacto y permiten levantar el perfil de áreas pequeñas de la superficie en un patrón X-Y para crear parches para el análisis de estructura. Estos pequeños parches generalmente están conectados (cosidos) juntos para crear una imagen más grande de la superficie de la muestra. Así, la combinación de estos pequeños parches y los rangos de medición más grandes del sistema permiten que partes grandes tales como tornillos óseos, semiconductores, rodillos de impresión o incluso porciones de un bloque de motor sean inspeccionadas y analizadas con rapidez y precisión, con un sistema de superficie sin contacto y mejores herramientas para analizar los resultados.

Alternativamente, pueden tomarse imágenes finas de la superficie y combinarse de la misma manera para producir imágenes de alta resolución de la superficie para análisis.

Debido a que la tecnología se ha movido al 3D, ISO 25178 y ASME B46.1 crearon nuevos parámetros de área para estandarizar los resultados de estas técnicas de medición. Estos incluyen los siguientes:

• Parámetros híbridos – Estos valores involucran dimensiones de altura y espaciales en los cuales la información vertical y horizontal se combina para brindar información de ángulo y pendiente de la superficie.
• Parámetros espaciales – Estos cuantifican cuánto y qué tan seguido se repiten las características superficiales y si una superficie tendrá resultados variables cuando se mida en diferentes direcciones.
• Parámetros de estructura – Estos describen estructuras funcionales tales como ranuras para transporte o almacenamiento de lubricante.

La tecnología rápidamente cambiante está ofreciendo más información y más rápida sobre superficies que alguna vez fueron imposibles de medir y entender. Estas nuevas herramientas mejoran la manufactura y el proceso de inspección para las industrias automotriz, médica, electrónica y otras.