Pruebas de resonancia para el Control de calidad
Los ensayos de resonancia son una técnica muy útil que se utiliza en diversos sectores para evaluar la integridad estructural y la calidad de los componentes o sistemas mecánicos mediante el análisis de sus frecuencias propias y modos de vibración naturales. Consisten en excitar el componente con una fuerza o señal mecánica o acústica y, a continuación, medir su respuesta para determinar sus características de resonancia. Los ensayos de resonancia consisten en el análisis de las resonancias de una muestra mediante la caracterización de su firma vibratoria. En la fabricación industrial, la inspección por resonancia —que suele realizarse como prueba de fin de línea— permite tomar decisiones claras de «aprobado» o «rechazado», detectando defectos para excluir las piezas defectuosas de las líneas de producción.
Los sensores ópticos de vibración, como los vibrómetros láser Doppler, ofrecen una solución de medición alternativa sin contacto y de alta precisión para determinar la frecuencia de resonancia, lo que aporta numerosas ventajas en el contexto de los ensayos de resonancia acústica.
Polytec Revista
Medición de las características acústicas y comprobación de las resonancias a nivel de producción
Medición de la frecuencia de resonancia desde la CC hasta los MHz y GHz
Fases y pasos habituales en las pruebas de resonancia
El análisis de resonancia suele incluir los siguientes pasos:
- Excitación: Se aplica una fuerza o una señal de entrada al componente sometido a ensayo. Esta entrada puede ser mecánica, como la acción de un agitador o el golpe de un martillo, o acústica, como una onda sonora. El objetivo es excitar el componente en un rango de frecuencias para identificar sus frecuencias propias.
- Medición: Se colocan sensores en diversos puntos del componente para medir su respuesta a la excitación. Estos sensores registran datos, como el desplazamiento, la velocidad o la aceleración, que resultan cruciales para el análisis posterior.
- Análisis de datos: A continuación, se analizan los datos recopilados para identificar las frecuencias de resonancia o las formas de vibración del componente. Las frecuencias de resonancia son aquellas a las que el componente vibra con mayor intensidad, lo que indica posibles debilidades y defectos estructurales, y proporciona información sobre las propiedades del material y su estado de integridad.
- Interpretación: Los ingenieros interpretan los datos de resonancia para evaluar el estado y la calidad del componente. Cualquier desviación respecto a las frecuencias de resonancia esperadas o modos inherentes inusuales puede indicar defectos, fatiga u otros problemas estructurales que puedan comprometer el rendimiento o la seguridad del componente.
Pruebas ópticas de resonancia sin contacto mediante sensores láser
El análisis de resonancia tiene como objetivo identificar las frecuencias propias o modos resonantes de un objeto. Cuando un objeto se ve sometido a vibraciones a sus frecuencias propias o cercanas a ellas, tiende a vibrar con amplitudes mayores. Este efecto permite detectar problemas estructurales, defectos o puntos débiles. Mediante el análisis de la respuesta en frecuencia, los ingenieros pueden obtener información sobre las características estructurales del objeto sometido a ensayo, incluyendo su rigidez y propiedades mecánicas, sus propiedades de amortiguación y su integridad general.
La medición de vibraciones por láser Doppler es una tecnología óptica avanzada que ofrece varias ventajas en el contexto de los ensayos de resonancia:
- Alta precisión: los sistemas de medición basados en láser proporcionan datos extremadamente exactos y precisos, lo que permite a los ingenieros detectar incluso cambios sutiles en el comportamiento vibratorio de un objeto.
- Sin contacto: los vibrómetros láser no entran en contacto físico con el objeto sometido a ensayo, lo que minimiza las interferencias y garantiza que las mediciones no alteren las propiedades del objeto. Esto resulta crucial a la hora de someter a ensayo componentes delicados y sensibles, o incluso objetos calientes en los que no se pueden aplicar sensores.
- Amplio rango de frecuencias: los vibrómetros láser pueden medir un amplio rango de frecuencias, lo que los hace adecuados para el análisis de resonancia desde bajas frecuencias hasta Análisis de resonancia (GHz).
- Detección remota: Los vibrómetros láser pueden utilizarse para medir vibraciones a distancia, lo que permite a los ingenieros evaluar los componentes in situ sin necesidad de acceso físico directo. Esto resulta indispensable en zonas de peligro, como áreas de alta tensión o zonas explosivas.
- RaAdquisición rápida de datos de medición: Los vibrómetros láser pueden capturar datos rápidamente mediante transferencia tanto analógica como digital, lo que permite el análisis en tiempo real y una retroalimentación inmediata durante las pruebas.
Metrología óptica y sensores láser para la medición de la resonancia
Conviértete en un experto: consejos, trucos y tutoriales en vídeo
El sensor de vibraciones industrial « IVS-500 » de Polytec es un dispositivo de medición específico y flexible para las pruebas de fin de línea de vibración. Esta sección exclusiva (iniciar sesión) presenta los fundamentos de las pruebas de resonancia óptica mediante vibrómetros láser, incluyendo un análisis comparativo de la tecnología para pruebas de resonancia y valiosos tutoriales en vídeo con consejos y trucos para el uso y manejo del sensor de vibraciones industrial « IVS-500 », dirigidos a principiantes, usuarios actuales, integradores y expertos en pruebas.
Pruebas de resonancia de discos duros y piezas de precisión
A modo de ejemplo, las unidades de disco duro —con sus densidades de almacenamiento cada vez mayores y sus tiempos de acceso cada vez más cortos— requieren niveles extremadamente altos de estabilidad en lo que respecta a la ubicación y el posicionamiento del cabezal de lectura/escritura en relación con la interfaz de la unidad de disco. La altura de vuelo es un equilibrio entre efectos contrapuestos. Una altura de vuelo menor permite una mejor resolución local para las operaciones de lectura/escritura y, por lo tanto, una mayor densidad de datos; sin embargo, al mismo tiempo aumenta el riesgo de colisiones con el soporte. La altura de vuelo es de tan solo unos pocos nanómetros y depende en gran medida de la presión ambiental debido al cojinete aerodinámico. Sin embargo, el cojinete aerodinámico presenta resonancias que también dependen de la presión ambiental y que pueden dar lugar a inestabilidades.
Dado que el proceso de medición es tanto sin contacto como no intrusivo, en esta situación el uso de vibrómetros láser es la única forma de medir el comportamiento de respuesta del cabezal de lectura/escritura, incluida su suspensión, tras una excitación dinámica. Al realizar mediciones de ensayo de resonancia con vibrómetros de un punto y de escaneo, se mide el espectro de frecuencias de la deflexión del cabezal de lectura/escritura en función de la presión ambiental. Esto permite identificar condiciones críticas y, a continuación, introducir cambios constructivos. El objetivo del proceso de optimización es desarrollar unidades de lectura/escritura que respondan de forma robusta a las resonancias causadas por la excitación aerodinámica.
Sensor láser para una medición rápida y fiable de la resonancia
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