Correlación entre la microestructura y las frecuencias de resonancia en copas de vidrio: una manera de control de calidad en los procesos de fabricación

Correlation between the microstructure and the resonance frequency in glass: a way of quality control in manufacturing processes

En este trabajo se presenta un estudio de las frecuencias de resonancia y la microestructura de un conjunto de copas de vidrio correspondiente a un lote de producción determinado, obtenido a partir de los procesos de fabricación de una empresa. Teniendo en cuenta las regiones de fractura producidas cuando las copas entran en resonancia, se realizaron mediciones de tamaño de grano, espesor y porosidad en cada una de las fracturas y en las demás zonas que no sufrieron alteración. Se presenta una correlación entre la microestructura y las frecuencias de resonancia obtenidas para cada caso. A partir del análisis de las señales, adquiridas por programas de cómputo, se estudió la correspondencia entre las frecuencias de resonancia y los distintos modos de vibración presente en el experimento.

1. Introducción

La caracterización de materiales se fundamenta en el estudio de las propiedades físicas y sus aplicaciones en un campo de investigación definido [1,2]. A través de la historia, las grandes empresas se han preocupado por mejorar la calidad de sus productos haciendo uso de distintas técnicas experimentales a manera de establecer un control de calidad de los mismos [3]. La calidad de los productos fabricados basados en vidrio es a menudo regida por procesos de selección internos que compiten por lograr la perfección del producto final. Propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y de microestructura junto con estudios a través de técnicas de espectroscopía del sonido, han sido reportadas para obtener información acerca de las propiedades que gobiernan el material usado para la fabricación de un producto [4,5].

En este trabajo presentamos un estudio de las frecuencias de resonancia y la microestructura de un conjunto de copas de vidrio correspondiente a un lote de producción determinado, obtenido a partir de los procesos de fabricación de una empresa. Se realizaron medidas a través de microscopía de fuerza atómica (AFM) para analizar la rugosidad en la superficie de cada una de las copas, teniendo en cuenta su estado de fabricación: Vidrio o Cristal. Se presentan espectrogramas del sonido producidos por las copas indicando la frecuencia de resonancia alcanzada para cada una de ellas. Se observa un corrimiento en la frecuencia umbral y se correlaciona con las medidas de AFM.

2. Experimental

Se usó un conjunto de copas de vidrio y de cristal de un lote de producción de una empresa determinada. Las copas fueron sometidas a experimentos de tipo acústico hasta alcanzar las frecuencias de resonancia características propias del material. Los valores de las frecuencias y las amplitudes fueron variados en un amplio rango. Los espectros obtenidos de la frecuencia umbral fueron adquiridos y procesados a través de un sistema de cómputo y un programa adecuado. Para el estudio de las propiedades morfológicas se empleó un microscopio de fuerza atómica marca Park Scientific Instrument Company (PSI).

3. Resultados y discusión

En la Figura 1 se presentan los espectrogramas obtenidos para las distintas copas cuando son sometidas a diferentes esfuerzos de tipo acústico para obtener su frecuencia umbral.