Los escáneres 3D por láser y otras herramientas de metrología óptica permiten reconstruir con precisión las dimensiones, la geometría y las propiedades superficiales de un objeto, pero necesitan la existencia de pequeñas esferas de referencia para calibrar el sistema. Un nuevo trabajo ha definido y validado un proceso químico que permite modificar el acabado superficial de pequeñas esferas metálicas comerciales para su uso como elementos de referencia en metrología óptica. El procedimiento, basado en la aplicación de agua regia, genera un acabado mate homogéneo, sin comprometer su precisión e integridad dimensional práctica.
La metrología óptica tridimensional es la técnica que permite obtener la geometría y propiedades de un objeto sin necesidad de entrar en contacto directo con este, y es la base de los escáneres 3D láser, entre otras herramientas. La técnica se ha consolidado como una herramienta esencial para la inspección dimensional (el proceso de medir y verificar las dimensiones y la geometría de una pieza), para la ingeniería inversa y la fabricación avanzada. En este contexto, las esferas de referencia —pequeñas esferas sólidas que sirven como objetos patrón— desempeñan un papel fundamental en la calibración de sensores, el registro de nubes de puntos y la alineación de sistemas de medida. Sin embargo, la calidad de estas operaciones depende en gran medida de las propiedades ópticas de la superficie de dichas esferas.
Las esferas comerciales de acero inoxidable presentan una excelente precisión geométrica, elevada disponibilidad y un coste reducido, pero su acabado altamente pulido genera reflexiones especulares que degradan la calidad de las mediciones realizadas con sensores de triangulación láser, luz estructurada o fotogrametría. Como consecuencia, aparecen puntos espurios, aumenta la dispersión de la nube de puntos y disminuye la exactitud de la reconstrucción geométrica.
En un estudio reciente desarrollado por investigadores de la Universidad de Oviedo y la Universidad de León hemos validado un procedimiento de modificación superficial que permite aprovechar las ventajas dimensionales de estas esferas metálicas, eliminando simultáneamente el principal inconveniente asociado a su elevada reflectividad.
Dos estrategias de tratamiento químico
En la investigación evaluamos dos estrategias de tratamiento químico sobre esferas comerciales de acero inoxidable AISI 316L. En primer lugar, analizamos diferentes procesos de pasivado —un tratamiento superficial para formar una capa protectora— mediante ácidos utilizados habitualmente para mejorar la resistencia a la corrosión del material. Aunque estos tratamientos produjeron ligeras modificaciones cromáticas, no consiguieron generar una superficie suficientemente difusora para aplicaciones de metrología óptica.
Como alternativa, estudiamos un ataque químico controlado mediante agua regia, una mezcla muy corrosiva de ácido nítrico y ácido clorhídrico. El trabajo se centró en determinar experimentalmente el intervalo óptimo de exposición capaz de producir una textura superficial mate sin comprometer la precisión dimensional ni la esfericidad del patrón. Para ello se combinaron análisis gravimétricos, mediciones dimensionales mediante máquina de medir por coordenadas (CMM), caracterización de la rugosidad superficial y evaluación del comportamiento óptico utilizando un sensor de triangulación láser.
Los resultados muestran que el proceso con agua regia presenta una ventana de operación claramente definida. En esferas de acero inoxidable AISI 316L de 25 mm preparadas para su montaje, un tiempo de inmersión de 3 minutos y 45 segundos genera una superficie homogénea, con baja reflectividad y elevada reproducibilidad, manteniendo pérdidas de material muy reducidas y una estabilidad geométrica compatible con su utilización como patrón metrológico.
Una mejora significativa en la calidad
La validación mediante medición óptica confirmó que las esferas tratadas proporcionan una mejora significativa en la calidad de los datos adquiridos. La disminución de las reflexiones especulares reduce la dispersión de la nube de puntos y permite obtener reconstrucciones geométricas más estables, alcanzándose reducciones del error de forma del orden del 45–55 % respecto a las esferas sin tratar, dependiendo del nivel de filtrado aplicado al procesamiento de los datos.
Más allá de proponer un procedimiento de acabado superficial, el estudio establece y valida experimentalmente un protocolo de tratamiento químico capaz de modificar las propiedades ópticas de esferas comerciales de acero inoxidable preservando su funcionalidad metrológica. Los resultados demuestran que el control preciso del tiempo de ataque químico permite optimizar el compromiso entre generación de una superficie difusa y conservación de la precisión geométrica. Esta estrategia abre la posibilidad de utilizar artefactos de referencia metálicos, robustos y de bajo coste en aplicaciones de calibración, alineamiento y verificación mediante sistemas de medida ópticos, contribuyendo a mejorar la accesibilidad de la metrología tridimensional de alta precisión tanto en el ámbito industrial como en el investigador.
Referencia:
Eduardo Cuesta, Víctor M. Meana, Braulio J. Álvarez, José Ablanedo, Sara Giganto. Validation of a Surface Chemical Attack Process on Precision Metal Spheres for Use in Non-Contact Metrology, Metals 2026, 16, 381 DOI: 10.3390/met16040381
Autores del artículo divulgativo:
Eduardo Cuesta, Víctor M. Meana, Braulio J. Alvarez y José Ablanedo
Universidad de Oviedo
Sara Giganto
Universidad de León
Fuente: Scientias
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