Centro avanzado de pruebas analíticas no destructivas FCQ-VW. Inspección al alcance de empresas e investigación

p-05El Centro Avanzado de Pruebas Analíticas No Destructivas (CAPAND) es un espacio científico que busca brindar soluciones por medio de tecnologías con impacto académico e industrial en distintos campos de aplicación. El CAPAND se inauguró el 6 de julio de 2016, siendo responsable del Centro de Pruebas el doctor Jorge R. Cerna Cortez. Este centro fue creado a través de una colaboración entre la BUAP, VW de México y Conacyt, lo que constituye un ejemplo de proyectos de Triple Hélice. El CAPAND cuenta con un equipo de Tomografía Computarizada de fuentes intercambiables de Rayos-X (225kV y 450kV) que es el primero en Latinoamérica y el segundo a nivel mundial con esta tecnología. Permite brindar servicios a la industria y en el ámbito académico, en donde se implementa esta metodología en la aplicación de pruebas no destructivas (PND) para proporcionar información sobre discontinuidades aisladas (como fracturas, huecos, inclusiones, delaminación, porosidad) y estructura de materiales; mediciones dimensionales (grosor, diámetro, forma y conectividad de las inhomogeneidades detectadas, geometría tridimensional interna y externa); hasta cierto punto también propiedades físicas y mecánicas (densidad física, crecimiento de grietas, desgaste) y composición química (identificación de aleaciones, fases e impurezas).1

Siendo una técnica de inspección de imagen no destructiva donde se toman proyecciones individuales (radiografías), desde diferentes direcciones de visualización las cuales han sido utilizadas para reconstruir estructura interna y externa de algún material de interés en escalas macro y micro; además de tener la característica de no necesitar de la disección o separación en partes del objeto en estudio, la manipulación en imágenes 2D y 3D de reconstrucción permiten la identificación de defectos en la estructura tales como: rupturas, rayaduras, sopladuras, porosidades y/o inclusiones entre otras. Así como también del diseño de nuevos materiales y del análisis de piezas manufacturadas comparadas con diseños CAD para mejoramientos en líneas de producción y desarrollo tecnológico y de ingeniería inversa.2

La técnica de Tomografía Computarizada (TC) fue introducida en el área médica en 1971 y más tarde en el ámbito industrial; esta técnica permitía la obtención de cortes axiales del cerebro utilizados en el campo de la neuroradiología3, obteniendo solamente la visualización de proyecciones en dos dimensiones correspondientes a la variación de la absorción de rayos X, la cual limitaba la inspección y diagnóstico de pacientes. Para resolver esta dificultad a principios de 1970, Hounsfield desarrolló un sistema de TC comercial para imagen médica, en la que se implementaron detectores colocados en diferentes puntos alrededor del objeto y se desarrolló software para la reconstrucción y manipulación de imagen 3D, el desarrollo de estos sistemas para la inspección de imagen tridimensional ha sido tan grande que actualmente existen miles alrededor del mundo.4

El uso de esta tecnología en la industria llegó más tarde, pero hasta la década de 1990 la técnica de TC industrial se utilizaba en casos especiales solo cuando los métodos de prueba convencionales fallaban o se les consideraba un método complementario en el campo de las PND, el mayor avance ocurrió cuando se reconoció su potencial en las mediciones geométricas tridimensionales además del desarrollo de computadoras de alto desempeño y software de procesamiento y visualización en 3D, entre otros avances tecnológicos. Por lo que el incremento en la importancia y aceptación de la TC ha permitido que se desarrollen tareas enfocadas al Control de Calidad, Prototipos Virtuales y Acelerados en una amplia gama de aplicaciones tales como: asfaltos, huesos, circuitos electrónicos, fósiles, cerámicos, metales, fármacos, textiles, plásticos, rocas, compositos, prótesis, fibras, cosméticos, entre otros.

En el CAPAND se ha aplicado esta técnica en diversas áreas tanto industriales como la automotriz, asfaltos, electrónica, inyección de plásticos, farmacéutica/médica, minería y en el ámbito académico en áreas de investigación como en semiconductores, arquitectura, paleontología, geología, biología, entre otras. Se realiza la inspección a través de los ejes de corte transversal (XY, XZ Y YZ) de las imágenes 3D de reconstrucción, análisis tales como:

Análisis de Porosidad e Inclusión. Este estudio nos permite observar a detalle los poros y/o inclusiones que se encuentran en el material, obteniendo información detallada de cada defecto encontrado tal como su volumen, radio, diámetro, posición (en X, Y, Z), tamaño de Vóxel (unidad mínima procesable de una matriz tridimensional), superficie, esfericidad, entre otras. Además de proporcionar el porcentaje de volumen del material y el porcentaje de volumen de porosidad encontrado en el objeto en estudio.

Comparación Nominal CAD. Consiste en escanear el objeto de interés y mediante el diseño/modelo CAD del objeto proporcionado por el cliente, se realiza la alineación de los datos y se aplican las tolerancias especificadas posterior a esto se obtiene un modelo en escala de color que señala la desviación geométrica del objeto con respecto al diseño CAD. Se obtiene el histograma de la distribución de desviación en la superficie que permite saber qué tan diferente es nuestra pieza escaneada y el diseño CAD.

Segmentación. Este análisis consiste en la separación de los componentes del objeto en estudio por medio de la selección de materiales con distinta densidad (distinto tamaño de voxel), creando regiones de interés y separándolos para su mejor visualización, lo que permite ver la detección de fallos o la aplicación de ingeniería inversa para la optimización de procesos.

Dimensionamiento (Medición de Coordinadas). Se realiza la medición por medio de elementos de geometría (puntos, planos, líneas, círculos), determinación de superficies, alineación de la pieza en estudio con respecto a los ejes de corte transversal (XY, XZ, YZ), lo que permite la medición precisa del objeto en estudio.

Análisis de Material Compuesto de Fibra. Este estudio permite saber el gradiente de orientación de la estructura en un material compuesto de fibra, además de conocer longitudes, diámetro y porcentaje de dirección en el ordenamiento de las fibras en su estructura de forma rápida y precisa.

Todos estos análisis se obtienen mediante la observación de imágenes 2D y 3D de reconstrucción, además de la obtención de imágenes y videos con resolución óptima a detalle de la pieza en estudio.

 

jorge.cerna@correo.buap.mx

Referencias

 

1 Zheing, L., Hiroyuki, U., Pradeep R., Kurt, N. (2015). Integrated Imaging and Vision Technique for Industrial Inspection. USA: Springer-Verlag London 227-235.

 

2 Bossi, R. H.; Knutson, B. W. (1994). The advanced development of X-ray computed tomography applications. United States Air Force Wright Laboratory Publication WL-RT-93-4016.

 

3 Stuart R. Stock. (2009). Fundamentals. En MicroComputed Tomography: Methodology and Aplications (9-20). USA: CRC Press Taylor & Francis Group.

 

4 Hounsfield, G. N. (1971). Method and apparatus for measuring x- and γ- radiation absorption or transmission at plural angles and analyzing the data. US Patent 3,778 614.