Detección de capas de aceite sobre superficies metálicas: una comparación de los métodos de medición

Sensor Instruments: En el mecanizado de metales durante el proceso de conformado, el uso de aceites es esencial. Por ejemplo, los aceites de corte aplicados sobre cintas de metal garantizan un bajo desgaste de las herramientas de troquelado. Pero también durante los procesos de arranque de virutas, los aceites de perforación contribuyen de manera indispensable a la protección de las herramientas de taladrado y fresado. Además, los aceites sirven como protección contra la corrosión para productos semiacabados como chapas metálicas, pero también láminas metálicas. Sin embargo, después del procesado posterior, es necesario eliminar los residuos de aceite de los productos acabados con la menor cantidad de residuos posible. Para ello se utilizan sistemas de limpieza especiales en los que se lavan y se soplan las piezas metálicas.

Es recomendable determinar la cantidad de aplicaciones de aceite para que se puedan cumplir las directivas de protección del medio ambiente durante la aplicación de aceite y, además, se tengan en cuenta los aspectos económicos. Actualmente se puede determinar la cantidad de aceite correspondiente también EN LÍNEA. Hay varios métodos de medición disponibles para este propósito en los que se profundizará con más detalle en los siguientes apartados. El proceso de limpieza se puede monitorizar mediante los mismos sensores. Sin embargo, el desafío aquí es registrar preferentemente EN LÍNEA de forma segura la menor cantidad posible de residuos de aceite. Precisamente en los componentes conductores de electricidad, p. ej., barras de cobre o conductos de alto voltaje, se requiere la menor resistencia de contacto posible. Sin embargo, una capa de aceite residual supondría un problema a este respecto, dado que esto afectaría considerablemente a la eficiencia del rendimiento.

¿Cómo se han realizado los controles hasta ahora en la práctica?

Cuando se habla de capas de aceite, todos pensamos inmediatamente en un determinado espesor de capa, medido, p. ej., en µm. Un método común para esto sería determinar el peso básico de la película de aceite. Sin embargo, para determinarlo se debe determinar el peso de todo el componente. Condición previa para esto son una báscula precisa y un componente exactamente idéntico no engrasado para determinar la diferencia de peso. Para poder inferir el espesor de la capa a partir del peso básico se requiere también información sobre la densidad del aceite correspondiente y la superficie del componente en cuestión. La considerable diferencia de peso entre la capa de aceite real y el peso del componente no conduce exactamente a una determinación exacta del espesor de la capa de aceite. Además, otra fuente de error es la diferencia de peso entre los componentes (de componente a componente), cada uno en un estado no engrasado.

La falta de alternativas sencillas para la determinación directa del espesor de capa es probablemente la razón por la cual el método para determinar la tensión superficial del componente objeto de análisis goza de una popularidad creciente en la práctica. Con la presencia de una fina capa de aceite sobre una superficie metálica se puede observar al mismo tiempo una reducción de la tensión superficial de más de 50 mN/m, en estado no humedecido, a menos de 40 mN/m en estado engrasado (dependiendo del espesor de la capa y el tipo de aceite). Las denominadas tintas de prueba se utilizan para verificar la tensión superficial correspondiente y cubren un rango total de 30 mN/m a 50 mN/m en pasos de dos (30 mN/m, 32 mN/m, 34 mN/m, etc.). La tinta de prueba se aplica en forma de línea en la posición que se debe examinar con el pincel incluido en la botella. Si la tinta de prueba se contrae en forma de gotas tras aplicarse sobre la superficie, la siguiente tinta de prueba inferior se utiliza de la misma manera hasta que la tinta de prueba permanece adherida sobre la superficie durante un tiempo prolongado y, por lo tanto, no se contrae en forma de gotas. Por lo tanto, la tensión superficial se encuentra entre las dos últimas tintas de prueba utilizadas. Además se puede observar que una disminución de la tensión superficial implica un aumento del espesor de la capa de aceite.

Los tres métodos de medición diferentes

Método de medición 1: Absorción de radiación UVC (longitud de onda central de 265 nm) a través de la capa de aceite

Como unidad de sensor se utiliza un sensor de guía de luz (SPECTRO-1-FIO-UVC/UVC) en modo de luz reflejada. Un LED UV con una longitud de onda central de 265 nm sirve como fuente de luz. Mediante una guía de luz de fibra de cuarzo (R-S-A3.0-(3.0)-1200-22°-UV) se apunta la luz UVC a la sección de la superficie metálica que se debe medir y desde la misma y se refleja en parte de forma difusa y en parte directamente. Parte de la radiación reflejada se apunta al detector integrado en el sensor con la ayuda del haz de guía de luz reflexiva. Una superficie metálica desengrasada y no humedecida con aceite (debe ser del mismo material y de la misma estructura superficial que en las mediciones posteriores) sirve como referencia. Si ahora hay una capa de aceite entre la cara frontal de la guía de luz y la de la superficie metálica, esta absorbe una parte de la luz UVC tanto en el trayecto de ida como en el trayecto de vuelta. Por tanto, se puede observar una disminución de la señal en el lado del detector. Si los sensores se utilizan para la medición EN LÍNEA, se recomienda una distancia de trabajo de aproximadamente 5 mm entre la cara frontal de la guía de luz y la superficie metálica. La divergencia del rayo es de 22° y el punto de luz tiene un diámetro de aproximadamente 5 mm en la superficie metálica objeto de análisis. En las mediciones FUERA DE LÍNEA se utiliza además un distanciador (A3.0-OFL) que se puede fijar en el cabezal de la guía de luz.

Método de medición 2: Excitación de una capa de aceite para la fluorescencia en el rango de longitud de onda visible utilizando luz UVA (longitud de onda central de 365 nm)

Para este fin se utiliza un sensor de color (SPECTRO-3-30-UV/BL-MSM-ANA) cuya unidad emisora consta de LED UV (longitud de onda central de 365 nm). Se recomienda una distancia de trabajo de 15 mm para las mediciones EN LÍNEA. Sin embargo, con el distanciador (SPECTRO-3-15-d65-OFL) también se puede trabajar FUERA DE LÍNEA (aquí también, la distancia del sensor al objeto es de 15 mm). A esta distancia, el área de detección tiene un diámetro de aproximadamente 12 mm.

Los LED UV están dispuestos de forma anular. En el centro del sistema de sensores se encuentra la parte del receptor, que puede hacer detecciones en el rango de longitud de onda visible mediante filtros ópticos preconectados mientras que la luz UV está bloqueada. También con este método de medición debería tenerse en cuenta que la intensidad de la fluorescencia medida depende, entre otras cosas, de la superficie metálica, dado que esta sirve como reflector. Por tanto, es absolutamente necesaria una calibración en la superficie respectiva o en la forma del objeto correspondiente.

Método de medición 3: Absorción de luz MIR (longitud de onda central de 3 µm) a través de una capa de aceite

Una fuente de luz MIR de banda ancha que cubre un rango de longitud de onda de aproximadamente 2 µm a 6 µm sirve como unidad de iluminación. Con la ayuda de dos receptores que tienen diferentes filtros ópticos, se lleva a cabo una evaluación de señal normalizada. Al hacerlo, el receptor 1 hace detecciones en un rango de longitud de onda estrecha con una longitud de onda central de aproximadamente 3 μm, mientras que el receptor 2, que también opera en una banda estrecha, está equipado con una longitud de onda central de aproximadamente 4 μm. Al mismo tiempo, el receptor 2 actúa como referencia, dado que su rango de longitud de onda está influido imperceptiblemente por la capa de aceite en comparación con el rango de longitud de onda del receptor 1. Por otro lado, tiene lugar una reflexión de la superficie metálica en ambos rangos de longitud de onda. Una evaluación normalizada de las dos señales de medición proporciona información sobre la absorción de la capa de aceite; el resultado es, en gran medida, independiente de la superficie metálica existente. La distancia de medición desde el sistema de sensor (SPECTRO-M-10-MIR/(MIR1+MIR2)) a la superficie metálica es de 10 mm durante la medición EN LÍNEA, el área de detección es de 10 mm de diámetro. No se pudo apreciar un deterioro de la medición debido a la luz ambiente (iluminación interior LED de luz blanca); como consecuencia es posible trabajar con una frecuencia de medición alta (> 1 kHz). Para la medición FUERA DE LÍNEA hay disponible un distanciador (SPECTRO-M-30-OFL) que también asegura una distancia de medición a la superficie metálica de 10 mm.