“La congelación virtual del tiempo” permite a los científicos inspeccionar dispositivos en rotación.

Científicos han creado un sistema de imagen en tiempo real capaz de capturar imágenes extendidas de objetos que giran rápidamente.
El monitoreo continuo de componentes como las aspas de turbinas o motores a reacción es vital para detectar daños tempranos —como grietas o desgaste— lo que ayuda a evitar fallos mayores y a reducir los requerimientos de mantenimiento.

“Obtener imágenes claras de objetos que giran rápidamente es difícil debido al desenfoque y al granulado,” explicó Zibang Zhang, investigador de la Universidad de Jinan en China. “Las cámaras de alta velocidad pueden ayudar, pero son costosas e inadecuadas para un uso prolongado. Nuestro enfoque resuelve esto al congelar virtualmente el tiempo, aprovechando el movimiento repetitivo del objeto.”

En una publicación en Optics Letters, los investigadores detallan su novedoso sistema de imagen, que utiliza un detector de un solo píxel. Demuestran que puede capturar imágenes de un objeto girando a aproximadamente 14.700 revoluciones por minuto (rpm).

“Este sistema puede identificar desgaste o grietas que se desarrollan con el tiempo en herramientas de corte y esmerilado de alta velocidad —sin necesidad de detener las máquinas— mejorando la seguridad y prolongando la vida útil del equipo,” dijo Zhang. “A futuro, esta tecnología podría integrarse en entornos de manufactura inteligente, sistemas de mantenimiento aeronáutico, o incluso en electrodomésticos como motores de automóviles, licuadoras, ventiladores, aires acondicionados y discos duros, haciendo estos dispositivos más inteligentes y seguros.”

Congelando el Tiempo

Capturar imágenes de objetos que giran a gran velocidad es un reto para los métodos tradicionales debido al desenfoque causado por la rotación. Reducir el tiempo de exposición ayuda a minimizar este efecto, pero a menudo produce imágenes ruidosas por captar menos fotones. Las cámaras de alta velocidad pueden cumplir esta función, pero siguen siendo muy costosas y no pueden operar durante períodos largos.

Como parte de un proyecto enfocado en crear un sistema óptico para inspecciones en línea de motores, los investigadores desarrollaron un nuevo sistema que enfrenta muchos de los desafíos de la imagen de objetos en rápida rotación mediante el uso de iluminación estructurada y detección de un solo píxel.

Esta técnica de imagen proyecta luz con patrones sobre una escena y captura las variaciones de intensidad resultantes con un detector de un solo píxel, lo que permite que una computadora reconstruya una imagen detallada sin depender de un sensor de cámara tradicional. Los detectores de un solo píxel, que consisten en un solo píxel, ofrecen mayor sensibilidad, un rango dinámico más amplio y tiempos de respuesta más rápidos en comparación con los sensores de cámara convencionales, lo que los hace ideales para capturar objetos en rápida rotación.

“La clave del método es la sincronización, que congela efectivamente el tiempo al mantener el objeto objetivo estacionario con respecto al patrón proyectado,” explicó Zhang. “Con iluminación sincronizada, convertimos un desafío de imagen dinámica en uno estático.”

El sistema de imagen captura imágenes claras de objetos giratorios alineándose con su movimiento repetitivo. Esto es similar a pintar un amanecer durante varios días: cada vez que sale el sol, el artista pinta una pequeña parte de la escena. Aunque el sol se mueve continuamente, toda la imagen puede capturarse sincronizando el proceso con su regreso diario.

Imágenes de un Objeto en Rotación

Para la configuración del sistema de imagen, los investigadores utilizaron un proyector de alta velocidad, específicamente un dispositivo de microespejos digitales capaz de proyectar a velocidades de hasta 22.000 Hz, para iluminar el objeto en rotación con una serie de patrones. El detector de un solo píxel captura una medición por cada patrón proyectado, y una vez que el objeto completa una rotación completa, el proyector cambia al siguiente patrón.

Para sincronizar la proyección, los investigadores “configuraron una alarma” dirigiendo un láser hacia una de las aspas del objeto en rotación, generando pulsos retrodispersados. Cuando el número de pulsos coincide con el número de aspas, se envía una señal al proyector para cambiar de patrón —similar a activar una alarma— lo que permite obtener imágenes claras del objeto en rotación usando únicamente el detector de un solo píxel.

Para demostrar el sistema, los investigadores mostraron que podía reconstruir imágenes fijas de alta calidad en tiempo real de un modelo de motor a reacción (de 11 cm de diámetro) girando a unas 2.170 rpm, y de un ventilador de refrigeración de CPU girando a aproximadamente 14.700 rpm. Los investigadores señalaron que el método, que no requiere conocimiento previo del objeto, también podría utilizarse para capturar imágenes de objetos con velocidades de rotación inestables.

El equipo planea mejorar la portabilidad del sistema y facilitar su integración en motores reales de aeronaves en el futuro.

Read the original article on: Phys.Org

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