Estroboscopio

Un estroboscopio se utiliza en la tecnología de medición para obtener una imagen fija de piezas en movimiento. Por ejemplo, en una imprenta tal vez se quiera comprobar el rodillo de impresión que contacta con el producto impreso. También se utiliza en la industria para determinar la velocidad de las piezas giratorias. De este modo, puede utilizar el estroboscopio industrial como dispositivo de medición de la velocidad de giro.

Antes de proceder a la adquisición de un estroboscopio primero es bueno determinar para qué aplicación se utilizará. Un aspecto fundamental a tener en cuenta es la frecuencia de destello. Un estroboscopio industrial alcanza frecuencias de destello de varios miles de hercios, lo que permite realizar una inspección óptica incluso con secuencias rápidas.

Otro factor decisivo para el uso de un estroboscopio es el tipo de fuente luminosa. Un estroboscopio moderno con luz LED no tiene nada que envidiar a los destellos producidos por bombillas de xenón convencionales. Las potentes matrices LED permiten una iluminación completa de un objeto. Gracias a la posibilidad de determinados estroboscopios de ampliar la matriz LED es posible inspeccionar correctamente incluso piezas anchas y móviles, como pueden ser las cintas de papel. Un estroboscopio especial con una fuente de luz LED UV puede utilizarse en mantenimiento para realizar ensayos no destructivos.

Otro criterio para seleccionar un estroboscopio es el disparo (Trigger) de la fuente de iluminación. Un estroboscopio sencillo tiene un regulador interno que controla la bombilla LED o de xenón. En tales casos no es posible realizar un disparo desde el exterior. Un estroboscopio más sofisticado está equipado con una entrada de disparo que permite que sensores de velocidad externos controlen el estroboscopio. Con ello se consigue que los destellos del estroboscopio sean siempre idénticos a la velocidad o vibración del objeto. Esto resulta especialmente ventajoso cuando unos rodillos giran a diferentes velocidades. Por ejemplo, este este es el cado en la fabricación de papel o cuando se comprueban productos impresos.

Un estroboscopio moderno ofrece, además de ajustar la frecuencia del flash, la posibilidad de ajustar un desplazamiento de fase. Esto significa que el impulso del destello se retrasa brevemente para que la imagen "gire ópticamente". Gracias a ello, las marcas de las piezas en movimiento se desplazan a la posición correcta.

En el caso de un estroboscopio de mano es necesario tener en cuenta otro factor muy importante: la alimentación. Un factor determinante es la frecuencia de uso del estroboscopio. Si el aparato se utiliza de forma esporádica, suele ser suficiente con una alimentación por pilas. Ahora bien, si piensa utilizar el estroboscopio con frecuencia, se recomienda un modelo con baterías recargables. Los modelos de estroboscopio de instalación fija suelen alimentarse con una fuente de alimentación o directamente a la red eléctrica.

Antes de comprar el estroboscopio, tenga también en cuenta el grado de protección IP. Este estándar indica el nivel de protección contra la entrada de polvo y agua. Si necesita usar el estroboscopio en entornos adversos, recomendamos un modelo con un grado de protección IP67. Estos están óptimamente protegidos contra las influencias ambientales externas.

El efecto estroboscópico consigue que ciertos movimientos periódicos no se perciban tal y como se producen en realidad. Este efecto se produce cuando no percibimos una imagen continua, sino imágenes individuales que se suceden rápidamente a intervalos cortos. Cuando tales imágenes individuales muestran siempre el mismo contenido, parece como si no hubiera movimiento. Si el ciclo, es decir, el intervalo de tiempo entre las imágenes individuales, es mayor que el periodo del movimiento, pero no un múltiplo entero, la rotación u oscilación parece ralentizarse.

Si el intervalo de tiempo de los fotogramas individuales es más corto que la frecuencia del movimiento, no sólo parece más lento, sino que también parece como si la parte observada se moviera en la otra dirección. A veces, esta aparente inversión de la dirección del movimiento puede verse en películas en las que aparecen ruedas o piezas de máquinas girando. Esta aparente inversión se da porque la velocidad de rotación no coincide con el número de fotogramas por segundo. En las películas, este efecto desempeña un papel bastante secundario. Sin embargo, en vídeos de demostración y explicación de procesos es necesario asegurarse de que la dirección del movimiento sea correcta para que no se malinterpreten los procesos.

Es posible ralentizar o detener ópticamente los movimientos rápidos de una pieza en movimiento aplicando el efecto estroboscópico. Para crear el efecto estroboscópico es necesario visualizar el objeto que se va a observar sólo a intervalos regulares. Esto se consigue mediante una iluminación temporizada específica. Para ello, se han desarrollado dispositivos que emiten breves destellos de luz cuyo espaciado temporal puede ajustarse. Con un estroboscopio de este tipo, es posible ver y evaluar anomalías en secuencias de movimiento que, de otro modo, no podrían detectarse debido a su velocidad. Además, las velocidades de rotación u oscilación pueden medirse sin contacto ajustando el ciclo de los destellos luminosos del estroboscopio para que coincida con el ciclo del movimiento.

El efecto estroboscópico también puede utilizarse para efectos de espectáculo específicos en conciertos, discotecas o teatros. Por otra parte, puede producirse involuntariamente por el parpadeo regular de ciertas fuentes de luz artificial. Esto puede provocar riesgos en los espacios de trabajo debido a la evaluación incorrecta de los movimientos de las máquinas. Además, el destello constante perceptible también puede provocar molestias visuales, incomodidad y dolores de cabeza. Por lo tanto, al diseñar la iluminación, no sólo hay que asegurarse de que sea lo suficientemente luminosa para el uso de la sala, sino que tenga los menos destellos posibles. Los epilépticos pueden sufrir los destellos de la luz en determinados rangos de frecuencia. La estimulación óptica puede desencadenarles un ataque epiléptico. Es por ello que cuando se planifica un trabajo con un estroboscopio se hace especial mención a este tipo de riesgo.

Esta animación ilustra las posibilidades de análisis óptico e inspección que ofrece un estroboscopio, ya sea para grabar procesos, como el de una máquina o el de experimentos en la investigación y el desarrollo, o simplemente para la inspección óptica en los trabajos diarios de mantenimiento de una fábrica. En la mayoría de los casos, un estroboscopio dispone de una entrada y una salida de disparo externas. Esto permite ajustar la frecuencia de destello al proceso respectivo o disparar la pieza giratoria o móvil que se desea evaluar.

Un estroboscopio es especialmente apto cuando, por ejemplo, es necesario visualizar procesos de salpicaduras de agua u otros líquidos. La fuente de luz del estroboscopio destella el proceso en fracciones de segundo. PCE Instruments (fundada en 1999) tiene muchos años de experiencia en este campo. Para crear grabaciones cinematográficas profesionales puede sincronizar el estroboscopio con las cámaras cinematográficas de los principales fabricantes. No obstante, los modelos de algunas cámaras requieren una modificación de la interfaz del dispositivo para que se adapte con precisión al estroboscopio. Con mucho gusto le responderemos las cuestiones técnicas.

PCE Instruments utiliza el estroboscopio en fábricas de papel
Las condiciones económicas mundiales están obligando a muchas fábricas a reducir sus departamentos de ingeniería, por lo que cada vez es más importante dotar al personal de herramientas que permitan evaluar los procesos de forma rápida y precisa. Una de estas herramientas es el estroboscopio, que no sólo mide la velocidad, sino también determina las frecuencias y detecta los impulsos. El estroboscopio es una herramienta de uso universal para evaluar las condiciones de máquinas con piezas en movimiento y para la visualización de sucesos. Un estroboscopio genera imágenes fijas que hacen visibles cosas que de otro modo permanecerían ocultas al ojo humano.

Cada vez hay más fabricantes renombrados de maquinaria y consultores externos que usan estos dispositivos para el control de calidad.

"El estroboscopio de la serie PCE es especialmente apto para el análisis de procesos de laminaciones de banda plana. Con este equipo puede detectar las causas de los bordes / puntas húmedas en dispositivos de cribado,” dice el Señor Vielhaber, uno de los ingenieros que conoce los aparatos por experiencia. “El estroboscopio es muy ligero y manejable, lo que permite trabajar con él incluso en lugares recónditos.” Además de valorar los parámetros de calidad, el estroboscopio permite comprobar de forma rápida y precisa las rotaciones de, por ejemplo, mecanismos que son accionados por correas y del sincronismo de funcionamiento de varias correas. El estroboscopio se usa también para determinar las revoluciones del rotor, como, por ejemplo, de ventiladores.

Análisis de cribado
Precisamente en tamices muy anchos, el uso de un estroboscopio potente de PCE Instruments permite analizar toda la trayectoria. Por ejemplo, el análisis de la línea de agua (nivel de agua) es un criterio importante para la funcionalidad de una cinta transportadora de material y del husillo. Observe la extracción de agua debajo del tamiz y el agua que se desprende en el punto de extracción. La imagen fija generada por el estroboscopio le permite sacar conclusiones sobre el transcurso de extracción de agua. Por otro lado, también puede evaluar el volumen y la homogeneidad de la pulverización.

El señor Vielhaber añade: “El estroboscopio es un instrumento ideal para el análisis de cribado. Puede detectar con facilidad los defectos en la formación de la hoja y determinar cuál es la causa”.

Control de la sincronización del comportamiento de cables
El estroboscopio puede emplearse perfectamente para analizar la sincronización del comportamiento de cables. El desgaste del cable es muy alto cuando se produce una diferencia de velocidad. El tiempo de funcionamiento de los cables disminuye notablemente. Del mismo modo se dificulta el comportamiento después de una parada o una rotura de la trayectoria del papel. El estroboscopio hace visible ópticamente la diferencia de velocidad. Esto permite realizar un control específico grupo por grupo. La imagen adjunta muestra lo sencillo que resulta (máquina para recubrir por extensión). Sin embargo, tenga en cuenta a la hora de usar el estroboscopio que no esté situado cerca de una barrera fotoeléctrica o de un indicador de rotura. Esto tendría consecuencias nefastas.

Estroboscopio de instalación fija
Un estroboscopio de instalación fija se alimenta a través de la red eléctrica y se utiliza sobre todo para la observación durante un tiempo prolongado como, por ejemplo, para analizar la salida del haz de luz en la cinta transportadora del material con diferentes ajustes de la relación entre el haz y el cribado, o del punto de impacto del haz en la mesa de cribado. La forma del haz (estricción) y la homogeneidad se hacen patentes gracias al estroboscopio. Se puede observar el ancho total de la cinta transportadora del material. Si posiciona un estroboscopio de alto rendimiento en la zona de maniobra al lado del rodillo frontal, podrá ver los residuos del agua en el rodillo.

Un estroboscopio de instalación fija se usa también para el control continuo del producto en instalaciones de laminaciones de acero. La detección de defectos en la superficie del material es muy sencilla, como pueden ser, por ejemplo, la impresión de partículas en los laminadores de presión. Podrá rastrear fácilmente esas impresiones recurrentes ya que la distancia del defecto en el acero laminado puede rastrearse hasta la circunferencia del rodillo. Así sabrá con exactitud qué rodillo o par de rodillos causaron la impresión. La alta luminosidad de tales estroboscopios es especialmente óptima para superficies brillantes o reflectantes. Hacen visible hasta los defectos más pequeños.

En las etiquetadoras de una cervecería o en una imprenta, también resulta útil el uso de un estroboscopio móvil, sea que se alimente por pilas o a través de un adaptador de red. Detenga la imagen de impresión y evalúe visualmente la precisión del ajuste y el flujo. Compruebe las propiedades del producto como, por ejemplo, tras un cambio de bobina o después de reequipar las máquinas desenrolladoras. Podrá inspeccionar toda la anchura de la banda (por ejemplo, hasta 1,2 m), sin la necesidad de parar las máquinas.

Un Trigger es un disparo externo que generalmente desencadena de forma directa o indirecta un proceso o una reacción. Un desencadenante externo significa que las señales no se generan dentro del sistema excitado. Las señales de disparo externas actúan de forma aleatoria o intencionada desde el exterior.

En un estroboscopio con entrada de disparo sincroniza la frecuencia de los destellos luminosos con la velocidad o el ciclo de la máquina que se va a examinar. Para ello, se generan señales electrónicas en la máquina, se interceptan y se transmiten al estroboscopio a través de la interfaz de disparo. El estroboscopio envía entonces los destellos luminosos en el ciclo especificado por la máquina.

Muchos estroboscopios ofrecen funciones adicionales para ajustar específicamente las señales de disparo. Estas funciones incluyen, entre otras:

- El retardo de la señal en milisegundos,
- El retardo relacionado con el ángulo de fase,
- El factor o la división.

El desfase temporal y el ángulo de fase pueden utilizarse para generar los destellos luminosos exactamente cuando el objeto a visualizar ha alcanzado la posición deseada. Por ejemplo, el desfase temporal puede ajustarse con valores comprendidos entre 0 y 1200 milisegundos, y el desplazamiento de fase, entre 0 y 359 grados. El factor, por su parte, puede utilizarse para multiplicar la frecuencia de destello.

En algunos estroboscopios, la interfaz de disparo puede utilizarse no sólo como entrada para señales de disparo, sino también como salida de señales. Podrá transmitir la frecuencia de destello ajustada en el estroboscopio a través de la salida de disparo a aquellas máquinas con la correspondiente entrada. Gracias a ello, podrá ajustar las máquinas utilizadas conjuntamente en una línea para que tengan la misma frecuencia.

Aunque un estroboscopio no mide directamente sí es importante que la frecuencia indicada en la pantalla coincida con el tiempo real de los destellos de luz. Puede determinar la desviación entre la frecuencia nominal indicada en pantalla y la real mediante una calibración. Los estroboscopios suelen calibrarse usando contadores de frecuencia.

El contador de frecuencia que se usa en una calibración como patrón debe tener una precisión superior a la del estroboscopio a comprobar. Además, es necesario calibrar periódicamente el propio patrón. De lo contrario, los resultados de la comprobación no serán significativos. La calibración incluye, no solo detectar los destellos de luz con un contador de frecuencia, sino también la frecuencia con la que se emiten los destellos.

Un estroboscopio se suele calibrar en tres o más puntos. A la hora de enviar un estroboscopio a calibrar, tenga en cuenta el número de puntos y las respectivas frecuencias en las que será calibrado. En el certificado de calibración se anotan cada punto de medición con la frecuencia ajustada en el estroboscopio y la frecuencia determinada por el patrón. La diferencia entre ambos valores indica la desviación real. A continuación, este valor numérico se compara con la tolerancia admisible especificada en la ficha técnica del estroboscopio.

Cuando los valores de la frecuencia no se indiquen en la misma unidad, será necesario convertir uno de los dos valores a la unidad del otro. Si a la hora de calibrar se comprueba que las desviaciones se encuentran fuera de la tolerancia permitida, deberá utilizar el estroboscopio de forma limitada. Un estroboscopio de alta calidad suele disponer de una función de ajuste con la que podrá ajustar correctamente la frecuencia.

Los sectores de la investigación y ciencia utilizan estroboscopios de alta calidad para observar y analizar movimientos cíclicos. Se puede utilizar un estroboscopio congelar movimientos de forma óptica o para estimular determinadas reacciones. El estroboscopio también suele utilizarse junto con endoscopios, microscopios o cámaras de alta velocidad para mejorar la representación visual de movimientos rápidos.

Videomicroscopía con un estroboscopio
Para grabar en video movimientos rápidos o secciones recurrentes de tales movimientos con una gran calidad de imagen es posible iluminar el objeto con un estroboscopio durante la grabación. Los breves y repetidos destellos de luz en el momento adecuado permiten grabar con detalle la fase actual del movimiento. Las posiciones anteriores y posteriores quedan en oscuridad y, por tanto, no son visibles. El sensor de la cámara sólo capta el objeto cuando está iluminado. Las demás fases del movimiento no se superponen en la imagen. El requisito previo para congelar ópticamente el movimiento con el estroboscopio es ajustar la duración y la frecuencia de los destellos de luz al ritmo del movimiento.

Estroboscopios y ordenadores cuánticos
Uno de los pasos importantes en el camino hacia un ordenador cuántico es la generación de sistemas a partir del entrelazamiento cuántico. Los fotones pueden utilizarse muy bien para este fin. Los físicos de la Universidad Ludwig-Maximilians y del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica han desarrollado un método con el que se pueden generar simultáneamente varios fotones entrelazados. Para ello, fue necesario utilizar un estroboscopio especial para generar destellos de luz ultracortos y de alta energía con la mayor frecuencia posible.

El grupo de trabajo dirigido por el profesor Harald Weinfurter lo consiguió utilizando por primera vez un método que funciona bien en el rango infrarrojo del espectro electromagnético para la gama ultravioleta, que es más energética. Los físicos hicieron circular destellos de luz ultravioleta de sólo unos pocos femtosegundos de duración (“femto” = 10^-15, a título comparativo: “milli” = 10^-3) en un resonador a la altísima frecuencia de 82 MHz, de tal forma que los pulsos de luz se solapaban exactamente entre sí. La intensidad de la luz aumentó espectacularmente con este método y también aportó áreas de aplicación completamente nuevas. Por ejemplo, este método abre nuevas posibilidades en la espectroscopia óptica.

La publicación del grupo de investigación se publicó en línea el 31 de enero de 2010 en Nature Photonics con el título “Ultraviolet enhancement cavity for ultrafast nonlinear optics and high-rate multiphoton entanglement experiments”.

Aplicación neurocientífica para el estroboscopio
Investigadores de la Universidad de Birmingham, la Ruhr-Universität Bochum y el Hospital Universitario Emory de Atlanta han descubierto que los estímulos acústicos, pero también los estroboscópicos, pueden establecer oscilaciones en el cerebro a un ritmo determinado. Los resultados se han publicado en línea en la revista Trends in Neurosciences en un artículo de revisión el 6 de junio de 2019. Las investigaciones basadas en estos resultados estudiarán, entre otras cosas, la conexión entre los distintos rangos de frecuencia de las oscilaciones cerebrales y el rendimiento de la memoria, así como el potencial terapéutico de la ritmización selectiva de la actividad cerebral.

El estroboscopio en el diagnóstico médico
En el otorrinolaringólogo es posible hacer visible las vibraciones de las cuerdas vocales con un estroboscopio especial. El estroboscopio utilizado es un endoscopio médico con una fuente de luz de destello y una óptica de aumento. El tiempo, la duración y la frecuencia de los destellos de luz pueden ajustarse en el estroboscopio para producir una imagen a cámara lenta de las vibraciones de las cuerdas vocales. Estas grabaciones permiten un diagnóstico específico de los trastornos funcionales de las cuerdas vocales, las inflamaciones profundas y las alteraciones malignas.

Además de la investigación, los campos de la ingeniería también incluyen el desarrollo, la construcción y la optimización de máquinas, dispositivos, procedimientos y procesos. En muchos procesos con movimientos rápidos o periódicos, el uso de un estroboscopio puede ser de gran ayuda. Con el estroboscopio puede hacer visibles secciones individuales del movimiento que de otro modo no serían perceptibles o apenas lo serían. Tanto si se inspeccionan sistemas existentes como si se prueban nuevos desarrollos, el estroboscopio puede ralentizar ópticamente los movimientos para el observador mediante una iluminación breve adecuadamente sincronizada e incluso detenerlos ópticamente.

Dado que estas inspecciones visuales se realizan con la máquina en marcha, las causas de las anomalías e irregularidades pueden detectarse y eliminarse mucho antes que cuando la máquina está parada. Un estroboscopio puede ayudar a percibir mucho mejor los detalles, no sólo durante las inspecciones directas in situ, sino también durante las grabaciones de imagen y vídeo con fines de documentación. Esto se consigue, por un lado, aumentando la nitidez de las fotos mediante destellos cortos muy brillantes y, por otro, mediante grabaciones de vídeo de movimientos extremadamente rápidos como grabaciones a cámara lenta.

Un estroboscopio no sólo mejora las posibilidades de control visual. También puede utilizar el estroboscopio para medir velocidades y frecuencias de ciclo. Los dispositivos con función de disparo también pueden utilizarse para coordinar con precisión las máquinas de un tren de accionamiento o una línea de producción. Una de las máquinas fija la velocidad. A continuación, la velocidad de la otra se adapta a esta velocidad para que el proceso se desarrolle de la forma más óptima posible.

Producción de papel
En la industria papelera, el estroboscopio se utiliza a menudo para controlar y aumentar la eficacia de las líneas de producción. No sólo se utiliza para medir la velocidad de los rodillos. El estroboscopio también es útil para ajustar y comprobar las boquillas de pulverización y para observar la formación de hojas en los tamices. A la hora de seleccionar un estroboscopio para aplicaciones en la industria papelera tenga en cuenta que permita comprobar toda la anchura de banda de un rodillo de una sola vez.

Impresoras
Al igual que en la producción de papel, los procesos de trabajo en la industria de la impresión y el papel también pueden examinarse más de cerca con un estroboscopio. No importa que se trate de deficiencias de calidad en las líneas de producción existentes o del ajuste de un nuevo sistema, un estroboscopio simplifica enormemente la evaluación de los procesos y resultados actuales en las máquinas.

Ingeniería mecánica y de vehículos
Un estroboscopio de PCE Instruments ofrece también muchas posibilidades de aplicación en la industria del automóvil, así como en la fabricación y comprobación de piezas de vehículos, piezas de máquinas y motores de nuevo desarrollo o adaptados. Mediante la ralentización óptica de movimientos rápidos, es posible visualizar la medición del deslizamiento en correas y embragues, la comprobación de la sincronización de accionamientos, la medición de velocidad sin contacto, la supervisión de ajustes de válvulas y encendido, las vibraciones de muelles de válvulas, los movimientos de palancas de válvulas, las toberas de inyector y el proceso de inyección, la supervisión de amplitudes de vibración y la medición de frecuencias de vibración, la supervisión de diversos procesos de trabajo en máquinas de producción y máquinas de todo tipo, la visualización de vibraciones de motores, las suspensiones y ejes de transmisión, muelles, ejes, hélices, alternadores, así como la detección de desequilibrios.

Industria química
Los estroboscopios de PCE Instruments también se utilizan en la industria química para supervisar procesos de mezcla y dosificación, agitadores potentes, bombas, equipos de control, cintas transportadoras, máquinas de envasado, sistemas de clasificación, taponadoras, sistemas de llenado, supervisión del contenido en centrifugadoras secas, transportadores neumáticos, cribas vibratorias y sistemas de trituración, entre otros.

Laboratorios
Los estroboscopios de PCE Instruments se utilizan a menudo en el laboratorio para ensayos o para comprobar la precisión de las centrifugadoras o las desviaciones de la velocidad de giro ajustada antes o durante el funcionamiento, con el fin de descartar errores en una fase temprana.

Industria textil
Los estroboscopios PCE Instruments también se utilizan en la industria textil para comprobar la velocidad de husillos, bobinas, cilindros, los ajustes de las cuchillas de cardado, etc. y para visualizar todos los ciclos de trabajo de alta velocidad en máquinas de confección. Para detectar las causas de la rotura del hilo, el levantamiento de la banda de cardado textil, la fatiga de materiales, el control del proceso de formación de la puntada en las máquinas de tricotar y de tejer, el ajuste del movimiento de las máquinas de puntada de cadeneta y el movimiento de los cojinetes, así como la puntada de aguja, incluso en las máquinas multiagujas.

Industria óptica
La inspección de los obturadores de las cámaras, el avance de la película de la cámara y el proyector, los elementos de accionamiento, los ventiladores de refrigeración, los retornos de los proyectores de película, las rectificadoras de objetivos, los cortadores giratorios, los equipos mecánicos y la grabación fotográfica de secuencias de movimiento son posibles en la industria óptica gracias a los estroboscopios de PCE Instruments.

Construcción aeronáutica, construcción naval
Mediante el proceso de sincronización de destellos del estroboscopio es posible una observación ralentizada del objeto e identificar todos los errores de movimiento que afectan a la fiabilidad del objeto. Como resultado, se pueden llevar a cabo inspecciones ópticas de todas las secuencias de movimiento de motores de barcos, generadores de barcos, máquinas eléctricas de barcos, sistemas de ventilación, observación de burbujas de cavitación en hélices de barcos o comportamiento de hélices y propulsores.

Escuelas de formación profesional, universidades, escuelas superiores, escuelas técnicas superiores y universidades de ciencias aplicadas
El estroboscopio se usa con fines de demostración y experimentación, observación de secuencias de movimiento rápidas cuasiperiódicas o periódicas, prueba óptica de descubrimientos teóricos, visualización de secuencias de movimiento que el ojo humano no puede ver.