Sistema de control y adquisición de datos para ensayos de fricción y desgaste ‘PIN-ON-DISK’

Author(s):
Javier Hernández Hernández - Microtest S.A.

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:
Motion Control

The Challenge:
Desde sus orígenes, MICROTEST SA, ha desarrollado una gran diversidad de equipos de ensayo mecánico, resolviendo importantes necesidades de nuestros clientes. Muchos de estos desarrollos han sido llevados a cabo como proyectos a medida cuyo resultado ha sido un prototipo de sistema o máquina de ensayo. En 2005 surgió la posibilidad de amortizar adecuadamente una línea de equipos de ensayo tribológicos (desgaste, fricción), por lo que nos planteamos la necesidad de contar con un sistema de control y adquisición adaptable a las diferentes configuraciones que nos estábamos planteando. Así mismo, se trataba de contar con un hardware fácilmente disponible y que en caso de cualquier anomalía pudiera reemplazarse prácticamente en cualquier parte del mundo de forma sencilla. El equipo de ensayos tribológicos tipo pin-on-disk fue el producto elegido para incorporar tanto el hardware como los elementos software de NI que mejor se adaptaban a nuestras necesidades. Los elementos seleccionados y el desarrollo de software efectuado nos sirven también como base para otros equipos de la gama de ensayos tribológicos (scratch test, reciprocating test, ball cratering test, micro-indentación, micro-durómetro, etc.).

The Solution:
La utilización de una tarjeta de control de movimiento de la serie NI PCI-735x, junto con NI Flex Motion Control y un software de gestión del conjunto desarrollado en Visual Basic 5.0. La idea de desarrollar este sistema de control, surge de la necesidad de actualizar la línea de productos destinados a la realización de ensayos de fricción y desgaste del tipo ‘PIN-ON-DISK’. Nos era necesario disponer de un sistema de control más flexible que nos permitiera abordar la instrumentación del abanico de opciones del que suele disponer este tipo de equipos, sin tener que variar en esencia el sistema de control y adquisición de datos

El control de la fricción y del desgaste en piezas móviles de máquinas es una cuestión crítica a hacer frente en la industria. Es importante tener datos comparables de análisis obtenidos durante años,  con humedad y temperatura variables y/o en presencia de lubricantes.

Los campos de aplicación de estos ensayos son, entre otros:

Nuevos materiales (cerámica, metales, polímeros, etc.)

Lubricantes y aditivos del aceite

Sistemas autolubricadores

Garantía de calidad.

La máquina pin-on-disk es una primera herramienta de investigación que proporciona información de resistencia al desgaste y a la fricción de materiales.

Los sistemas pin-on-disk MT de MICROTEST se asemejan mucho a un tocadiscos clásico, consistiendo básicamente en un brazo instrumentado al cual va unido en portabolas o punzón (pin), un disco giratorio donde se posiciona la muestra hasta un diámetro de 100 milímetros. El brazo instrumentado es de hecho un dinamómetro electrónico que mide la fuerza de fricción.  . El sistema incluye un conjunto de pesos para aplicar cargas normales de hasta 10N. El plato giratorio es accionado por motor eléctrico puede girar hasta 1000 rpm.

Las diferentes configuraciones del equipo permiten efectuar ensayos a alta temperatura (hasta 800°C), con o sin lubricación, con movimiento de vaivén, con celda de corrosión, etc.

Para la ejecución de ensayos, se requiere, pues, un sistema de control, medida y registro automatizado por ordenador.

Los requisitos

Además de poder cumplir con las especificaciones concretas que requiere el equipo de ensayos básico, el requisito más importante era contar con un sistema flexible. La elección del conjunto de control y medida se decidió de manera que el conjunto se pudiera escalara para cubrir configuraciones de control de varios ejes (combinación de movimiento giratorio y de traslación en pin-on-disk, scratch test con sistemas de 3 ejes, etc.), suficientes canales analógicos para la adquisición de diferentes parámetros mecánicos (fuerzas de fricción, medida de desgaste, temperatura, humedad, …) y entradas y salidas digitales para los distintos accionamientos e información de estados del sistema.

Descripción del equipo

Debido a la experiencia de la que disponíamos en otros productos de National Instruments, nos decidimos a emplear una tarjeta de control de movimiento de la familia PCI-735x, concretamente la PCI-7352.

La tarjeta de control se monta en un PC compatible con los requerimientos mínimos de Microsoft Windows XP, junto con los drivers de NI Motion. Los diferentes sensores asociados al equipo de ensayo se conectan a un modulo de conexiones donde se instalan los diferentes acondicionadores, y donde también se conecta la PCI-7352.

El software de gestión instalado en el PC permite:

 

•                     El control completo del equipo de ensayos

•                     Realizar adquisiciones de datos hasta una frecuencia de adquisición de 500 Hz por canal.

•                     La automatización y personalización del proceso de ensayo.

•                     El posterior análisis de los datos adquiridos y la generación de informes de resultados.

•                      

La flexibilidad del hardware de control, nos ha permitido desarrollar un sistema flexible y que se adapta a las diferentes configuraciones que pueden tener este tipo de equipos. Posibilidad de controlar uno o dos ejes de movimiento, la conexión de diferentes sensores de medida, la gestión de diferentes instrumentos (reguladores de temperatura, multímetros, etc. ) a través de una conexión RS-232/RS-485.

 El software de gestión se ha desarrollado utilizando Microsoft Visual Basic 5.0, junto con las librerías NI Flex Motion Control.

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Javier Hernández Hernández
Microtest S.A.

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