Ensayos no destructivos de materiales de composite

Bajo la superficie

Ensayos no destructivos de materiales de composite

Los composites o materiales compuestos son los materiales más utilizados por los astilleros para fabricar yates y embarcaciones. Combinando de forma inteligente las propiedades de dos o más materiales se pueden lograr excelentes características que en parte se adaptan específicamente a sus respectivos campos de aplicación. Por consiguiente no es de extrañar que también se utilicen para aplicaciones de alto rendimiento en la industria aeroespacial, en aerogeneradores para la industria energética, en la tecnología médica, en la fabricación de equipo deportivo y en el sector de la automoción. Pero siempre que hay una conexión, esta puede romperse debido a los agentes externos o al desgaste del material. Por esa razón se deben hacer pruebas periódicamente. El sistema de inspección portátil iX-600 de la empresa taiwanesa UNX Technologies Co., LTD.  puede hacer ese trabajo y llegar a las capas más profundas de los materiales incluso de grandes superficies sin contacto. Este sistema detecta defectos del material invisibles para el ojo humano con ayuda del procesamiento de imágenes. Cuenta con una cámara térmica y también con una cámara de placa uEye con autofoco de IDS Imaging Development Systems GmbH.

El campo de las aplicaciones marítimas es un área en el que la demanda de composites no deja de crecer. Con los materiales de composite se fabrican, además de elementos para pavimentos, paredes, o revestimientos de techos y puertas, cabinas sanitarias y separadores. También se utilizan para elementos estructurales como suelos, paredes o paneles de techo ligeros, por lo que ahorran una gran cantidad de peso. El plástico reforzado con fibra de carbono o PRFC es un ejemplo clásico de composite utilizado en este sector. Este material ofrece una alta resistencia y al mismo tiempo es muy ligero. El plástico reforzado con fibra de vidrio, PRFV o simplemente fibra de vidrio, también es un material muy habitual. Es económico y al mismo tiempo de alta calidad.

En este tipo de materiales de construcción ligera los componentes no están disueltos unos en el interior de los otros, sino que se ubican unos junto a otros, por decirlo así. Por eso ya pueden aparecer burbujas, poros, partículas extrañas y deslaminación (desprendimiento de capas) en la fase de fabricación. También durante el uso, es decir, en las travesías, la resistencia del material puede verse afectada por los impactos. Cuando una plancha de composite ha sufrido un impacto es posible que no aparezcan desperfectos visibles. Sin embargo, puede provocar una disminución de la resistencia a la compresión en su interior. Por eso inspeccionar y ensayar periódicamente los materiales no solo es recomendable, sino también relevante para la seguridad. Para detectar fallos, los fabricantes de yates suelen utilizar sistemas ultrasónicos o el método impacto-eco, basado en el uso de ondas elásticas. Se desarrolló en la década de los ochenta para la inspección de elementos de hormigón armado y en la actualidad es un método muy popular. Sin embargo, este método exige el contacto con las piezas y lleva mucho tiempo.

Aplicación

UNX Technologies Co., LTD. Taiwan ofrece una alternativa real a dicho método. El sistema de inspección portátil iX-600 permite hacer una inspección sin contacto y por consiguiente no destructiva (NDI - Non-Destructive-Inspection) de materiales compuestos. Se pueden inspeccionar para detectar desprendimientos, deslaminaciones o porosidad. Se analizan las propiedades del material en profundidad y de ese modo se detectan defectos en la microestructura. El sistema también reconoce sin esfuerzo grandes áreas de inspección o estructuras curvas sin necesidad de disponer previamente de una muestra de material. En materiales compuestos con una estructura de varias capas, el iX-600 también se puede utilizar, además de para el escaneado ultrasónico secuencial manual descrito anteriormente, para sustituir la información de puntos por información de áreas.

Su particularidad más destacable es que puede localizar el fallo de forma rápida y precisa. Esto se debe a que, además de la termografía infrarroja para determinar la distribución general de la temperatura en la superficie de inspección, el sistema UNX recibe paralelamente información gráfica de la cámara industrial integrada y, por lo tanto, determina el estado exacto de los defectos del material. Por consiguiente resulta decisiva la combinación de cámara infrarroja con cámara de placa con autofoco de IDS emparejada con un ordenador industrial incorporado con pantalla táctil de 7 pulgadas y software asociado. Este instrumento patentado en Taiwan es portátil y no necesita un ordenador externo.

El procedimiento se puede explicar en términos sencillos utilizando el ejemplo de la piel exterior de un yate a motor. La cámara de placa registra la imagen del área a examinar exactamente en paralelo a la cámara termográfica. Con ayuda de la tecnología de procesamiento de imágenes y utilizando métodos de análisis y comparación el sistema puede reconocer rápidamente zonas defectuosas y mostrar su posición relativa. Todos los resultados de la medición se muestran y documentan en la imagen. Esto permite localizar fácilmente el defecto provocado por la deslaminación (cuadro verde en la imagen) para repararlo.

Cámara industrial con autofoco

Para su sistema portátil, UNX Technologies buscaba una cámara compacta que además permitiera cambiar rápidamente entre distintos niveles de enfoque. "El sistema iX-600 es un aparato portátil. Por esa razón tiene que ser pequeño y ligero. Lógicamente, sus componentes también deben serlo. La cámara integrada debe disponer además de un enfoque automático controlado por ordenador para manejarse bien en las distintas distancias de trabajo", explica el Dr. Yu-An Lai de UNX.

La cámara de placa uEye LE AF USB 3.1 Gen 1 de la casa IDS cumple con todos estos criterios. Es adecuada para utilizar y controlar objetivos de lente líquida y ofrece una práctica función de autofoco. De ese modo permite hacer capturas de objetos con un enfoque óptimo con distancias variables del objeto. La función automática se basa en el control "activo" de la lente líquida y se puede disparar de forma muy sencilla a través del software. El autofoco se puede configurar de forma individualizada en función de la aplicación y proporciona imágenes perfectamente enfocadas en un abrir y cerrar de ojos. UNX se ha decidido en concreto por el modelo UI-3881LE AF con montura S. La cámara dispone del sensor CMOS rolling shutter de 1/1.8" IMX178 de la serie STARVIS de Sony, que permite obtener una resolución de 6,41 MP (3088 x 2076 px) con una frecuencia de imagen de hasta 58 fps. Además de por su alta resolución, este sensor destaca por su velocidad y sensibilidad, lo que proporciona una calidad de imagen excelente incluso en condiciones de luz variables o deficientes.

La UI-3881LE AF posee un conector USB Type-C reversible y un sistema de alimentación USB y se puede integrar fácilmente en sistemas embebidos. Esta cámara board level (36 x 36 x 20 mm) tiene un diseño compacto que cabe en cualquier lugar, por pequeño que sea, y es perfecta para aplicaciones de visión artificial clásicas y para tareas de las áreas de microscopía, tecnología médica, metrología y aplicaciones de control del tráfico. También es perfecta para la integración en pequeños aparatos industriales, como el iX-600 de UNX Technologies.

La empresa taiwanesa utiliza el IDS Software Development Kit para la integración de la cámara. IDS Software Suite es un paquete de software gratuito idéntico para todas las cámaras industriales uEye (modelos "UI"), sean USB 2.0, USB 3.0 o GigE uEye. Además de con los controladores de la cámara, cuenta con programas de ejemplo en distintos lenguajes de programación como .NET. "Esto nos ha ahorrado mucho tiempo de desarrollo", explica el Dr. Yu-An Lai.

Perspectiva

El sistema de inspección iX-600 se centra en el mercado de la inspección y los ensayos sin contacto y por consiguiente no destructivos de elementos de composite. Se trata de un mercado con mucho potencial. Porque los campos de aplicación de los composites son altamente sensibles. Ya sea en aplicaciones marítimas, como las descritas aquí, en la industria espacial, en la tecnología médica o en la fabricación de equipo deportivo, la resistencia de los materiales utilizados es esencial y hace ineludibles las inspecciones y ensayos periódicos.

UNX Technologies está explorando también aplicaciones para las que en el futuro serán necesarias cámaras industriales con alta resolución o con montura C. A este respecto la compañía ha puesto el ojo en la cámara "prima hermana" UI-359xLE AF. Al igual que el modelo UI-3881LE AF utilizado en el iX-600, ofrece la posibilidad de enfocar cómodamente las lentes líquidas a través de la cámara utilizando un software. Está equipada con un sensor a color CMOS rolling shutter de 1/2" CMOS de ON Semiconductor que ofrece una resolución extremadamente alta de 18,10 MP (4912 x 3684, 20,0 fps), 4K Cinema (4096 x 2304, 38 fps) y Ultra HD (3840 x 2160, 40 fps).

Sea cual sea la variante, las cámaras industriales compactas y potentes abren innumerables posibilidades de aplicación. En soluciones portátiles como el sistema iX-600 facilitan el trabajo al usuario se mire por donde se mire y al mismo tiempo garantizan una mayor seguridad. Porque si se puede "ver a través de las cosas", se sabrá qué pasa bajo la superficie.

Cámara board level USB 3.1 Gen 1 UI-3881LE AF

UNX Technologies Co., LTD.