SKF Laser Vibrometer MSL-7000

Medición de vibraciones sin contacto para la monitorización de estado

El SKF Laser Vibrometer MSL-7000 es un vibrómetro digital monocaja integrado, concebido especialmente para la medición de vibraciones sin contacto. SKF, junto con la empresa alemana Polytec GmbH, ha personalizado el Laser Vibrometer como una manera de aplicar nueva tecnología a aplicaciones para el test de ruidos en rodamientos durante su producción, y al mismo tiempo ampliar la gama de sensores utilizados en la monitorización de estado (fig. 1). SKF, además, puede ofrecer a sus clientes sistemas para el control final de la calidad de fabricación.

Autor: Werner Palmetshofer, director general del SKF Condition Monitoring Centre, Steyr, Austria

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SKF Laser Vibrometer

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Werner Palmetshofer, Werner.Palmetshofer@skf.com

El MSL-7000 tiene un diseño robusto y compacto en una sola unidad fácil de instalar y manejar. Utiliza una tecnología de medición muy fiable sin contacto y por ello no sufre desgaste. Su diseño hace que sea fácil de integrar en sistemas de ensayo y control ya existentes. Abarca un campo de mediciones acústicas desde 0,2 Hz (para rotaciónes lentas) hasta 22 kHz. Desde una perspectiva de seguridad, el producto incorpora un láser visible de baja potencia (clase II) sin riesgos para la vista.

En el corazón del SKF Laser Vibrometer se encuentra un vibrómetro láser Doppler (VLD), es decir, un transductor óptico de precisión usado para determinar la velocidad de las vibraciones y el desplazamiento en un punto fijo. Es una tecnología basada en el efecto Doppler, que consiste en la detección de la variación de la frecuencia de la luz retrodispersada de una superficie en movimiento.

El efecto Doppler
Si una onda es reflejada por un objeto en movimiento y detectada por un sistema de medición (como sucede en el VLD), la variación de la frecuencia de la onda puede describirse como:

en donde v es la velocidad del objeto y λ es la longitud de la onda emitida. Para determinar la velocidad de un objeto, la variación de la frecuencia (Doppler) debe medirse en una longitud de onda conocida. En el VLD, esto lo realiza un interferómetro de láser.

Interferometría
El vibrómetro láser Doppler funciona por interferencia óptica y exige dos haces de luz coherentes, con sus intensidades luminosas respectivas, l1 y l2, superpuestas. La intensidad resultante no es solamente la suma de las intensidades individuales, sino que está modulada con lo que se denomina una franja de interferencia según la fórmula

donde:
r2 = constante
r1 = r(t) – movimiento del objeto investigado

Esta franja de interferencia tiene que ver con la diferencia en la longitud de la trayectoria entre ambos haces. Si esta diferencia es un múltiplo entero de la longitud de onda del láser, la intensidad total es cuatro veces superior a la intensidad individual. De modo equivalente, la intensidad total es cero si los dos haces tienen una diferencia de longitud de trayectoria de la mitad de una longitud de onda.

Disposición experimental
La fig. 2 muestra la utilización técnica de esta ley de la física en el VLD. El haz de un láser de helio-neón es dividido por un divisor de haces (BS 1) en un haz de referencia y un haz de medición. Después de pasar por un segundo divisor (BS 2), el haz de medición es enfocado sobre el objeto a estudiar, donde se refleja. Entonces, el BS 2 desvía este haz reflejado y el tercer divisor (BS 3) lo fusiona con el haz de referencia, siendo luego dirigido al detector.

Debido a que la longitud de la trayectoria del haz de referencia es constante en el transcurso del tiempo (a excepción de los efectos térmicos negligibles del interferómetro) (r2 = constante), un movimiento del objeto sometido a estudio (r1 = r(t)) genera en el detector un patrón de franjas oscuras y claras típico de interferometría. Un ciclo oscuro-claro en el detector corresponde a un desplazamiento del objeto de exactamente la mitad de la longitud de onda de la luz usada. En el caso del láser de helio-neón, utilizado exclusivamente para vibrómetros, esto corresponde a un desplazamiento de 316 nm.

Cambiando la longitud de la trayectoria óptica por unidad de tiempo, ésta se manifiesta como la variación de la frecuencia Doppler del haz de medición. Esto significa que la frecuencia de modulación del patrón determinado por el interferómetro es directamente proporcional a la velocidad del objeto. Debido a que el movimiento del objeto apartándose del interferómetro genera el mismo patrón de interferencia (y variación de frecuencia) que el movimiento del objeto hacia el interferómetro, esta disposición no puede determinar la dirección hacia la que se mueve el objeto. Para este fin se coloca un modulador acusto-óptico (célula de Bragg) en el haz de referencia, que varía la frecuencia de la luz en 40 MHz (como comparación, la frecuencia de la luz láser es de 4,74 • 1014 Hz). Esto genera una frecuencia de modulación del patrón de franjas de 40 MHz cuando el objeto está en reposo. Si luego el objeto se desplaza hacia el interferómetro, se reduce esta frecuencia de modulación, y si se aparta del vibrómetro, el detector recibe una frecuencia superior a 40 MHz. Esto significa que entonces no sólo es posible detectar la amplitud del movimiento, sino también definir claramente su dirección.

Monitorización de estado avanzada
SKF es uno de los fabricantes líderes de sistemas de monitorización de estado, ofreciendo una amplia gama de instrumentos portátiles y sistemas de monitorización en línea. El nuevo sensor ha sido desarrollado para uso junto con los productos de monitorización de estado de SKF. El SKF Laser Vibrometer puede combinarse, por ejemplo, con el SKF Microlog (fig. 3), ofreciendo así valor adicional a todos los clientes. Esto abre el paso a aplicaciones de mayor potencial con instrumentos portátiles de SKF y sistemas de monitorización en línea, ofreciendo asimismo a los ingenieros de servicio de SKF una herramienta avanzada y flexible para mediciones móviles de vibraciones en un gran número de aplicaciones de campos diferentes. Estas  mediciones incluyen:

  • rangos de medición de 20 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s
  • disponibiliad de señales proporcionales a la velocidad en conector de salida digital (formato sp-DIF) o analógica
  • mediciones acústicas desde 0,2  Hz (para rotaciones lentas) hasta 22 kHz
  • mediciones a largas distancias (hasta 3 m)
  • mediciones sobre superficies calientes
  • medición de vibraciones en piezas rotativas
  • una señal uniforme, sin influencia de fuerza aplicada al equipo piezoeléctrico
  • mediciones en zonas peligrosas o áreas de difícil alcance
  • mediciones a través de cristal.

Test de ruidos en rodamientos durante el proceso de fabricación en SKF
Los rodamientos son componentes mecánicos de alta precisión y en su mayor parte se fabrican en cantidades muy elevadas. Como líder mundial en la industria de rodamientos, SKF consolida constantemente su posición en el desarrollo de procesos y tecnología de calidad. La empresa mantiene las tolerancias dimensionales en un margen muy ajustado, del orden de micrómetros, y dedica una atención especial a que el nivel de ruido de los rodamientos sea bajo. Además, SKF apuesta por una política de cero defectos a pesar de producir diariamente millones de productos. Por tanto, SKF aplica un test de ruidos del 100% al final de la línea de producción, y esto exige el uso de sistemas de ensayo extremadamente complejos y sofisticados (fig. 4).

El MSL-7000 mide, de manera fiable y sin contacto, el ruido inducido de los objetos. Los datos recopilados proporcionan información valiosa a la electrónica de control de ruidos de SKF sobre la calidad de la fabricación y el cumplimiento de los límites de emisión acústica de un producto. La integración directa del SKF Laser Vibrometer en una línea de producción proporciona un sistema de control de calidad a tiempo real, permitiendo decisiones automáticas de BUENO/MALO.  En consecuencia, además de una confirmación sostenible de la calidad del producto, el sensor incrementa sustancialmente la rentabilidad del proceso de producción. El SKF Laser Vibrometer actúa sin necesidad de contacto y sin desgaste, y no necesita servomecanismos ni protección acústica para efectuar las mediciones.

El uso del SKF Laser Vibrometer permite simplificar la disposición y diseño del equipo. Además, es posible complementar instrumentos como bancos de ensayo de duración o estaciones de ensayo de funcionamiento con sensores de test de ruidos y electrónica.  El sensor se ha convertido en estándar en todos los nuevos instrumentos de control de ruidos utilizados en las fábricas de SKF (fig. 5).

Esta nueva tecnología ofrece varias ventajas a las fábricas de SKF. La medición sin contacto del sensor da como resultado una vida útil del equipo mucho más extensa y evita paradas imprevistas. Es un sistema flexible que puede usarse en muchas aplicaciones diferentes. Usa una tecnología de precisión que genera una señal constante, y ofrece costes operativos más bajos gracias a su rápido reajuste y a su calibración simplificada. Entre otras ventajas, puede citarse que el equipo existente es fácil de actualizar y toda reparación posterior puede efectuarse a un coste moderado.

Tecnología de control de la calidad para el cliente
Ahora SKF puede dar soporte a sus clientes en temas de control de la calidad. El nuevo SKF Laser Vibrometer puede interconectarse con la tecnología de test de ruidos de SKF para instalaciones de control avanzado de final de línea de producción de motores eléctricos, bombas, compresores y muchos otros productos. Esto significa que SKF ofrece a sus clientes competencias tecnológicas avanzadas de control de calidad, así como para la inspección de la calidad final y mejoras de procesos de fabricación continuos, siguiendo la visión de la empresa de “equipar al mundo con los conocimientos de SKF”.

 

Grupo Polytec

  • Año de establecimiento: 1967
  • Radicado en Waldbronn, Alemania
  • Número de empleados: 350
  • Filiales en: Reino Unido, Francia, Japón, Singapur y Estados Unidos
  • www.polytec.com

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