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DISEÑO ELECTRÓNICO PARA EL PROBADOR DE IMPACTO DE PÉNDULO
ZWICK 5102
CARLOS ELÍAS SÁENZ CÁRDENAS
DANNY ANDRÉS LÓPEZ CASTAÑO
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SANTIAGO DE CALI
2006
DISEÑO ELECTRÓNICO PARA EL PROBADOR DE IMPACTO DE PÉNDULO
ZWICK 5102
CARLOS ELÍAS SÁENZ CÁRDENAS
DANNY ANDRÉS LÓPEZ CASTAÑO
Pasantia para optar
Al titulo de Ingeniero Electrónico
Directores
Ing. JOSÉ SEIGGUBAR GÜIZA AMAYA
Jefe Área de Automatización
CDT ASTIN
Ing. JOSÉ FERNANDO PÉREZ
Universidad Autónoma de Occidente
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SANTIAGO DE CALI
2006
Nota de aceptación:
Trabajo aprobado por el comité de
grado en cumplimiento a los
requisitos exigidos por la Universidad
Autónoma de Occidente para optar al
titulo de ingeniero electrónico.
Ing. Cesar Marino Rojas
Santiago de Cali, Octubre 30 de 2006
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 10
INTRODUCCIÓN 12
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 13
2. OBJETIVOS 14
2.1 OBJETIVO GENERAL 14
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS 14
3. JUSTIFICACIÓN 15
4. PRUEBAS DE IMPACTO 16
4.1 MÉTODO CHARPY 17
4.2 MÉTODO IZOD 18
4.3 PRUEBA DE TRACCIÓN IMPACTO 21
4.4 DETERMINACIÓN DE RESULTADOS 23
5. MAQUINA ZWICK 5102 25
5.1 RANGO DE APLICACIÓN 25
5.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 26
6. DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRÓNICO DE LA MAQUINA ZWICK 5102 28
6.1 REQUERIMIENTOS 28
6.2 ESQUEMA GENERAL 28
7. DISEÑO DE LA APLICACIÓN SOFTWARE 41
7.1. REQUERIMIENTOS 41
7.2 DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA 41
7.3 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN EN VISUAL BASIC 43
8. CONCLUSIONES 52
9. RECOMENDACIONES 53
BIBLIOGRAFÍA 55
ANEXOS 56
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Especificaciones de una muestra para el método Charpy 15
Tabla 2. Tipos de entalla (Charpy) 16
Tabla 3. Tipos de entallas (Izod) 17
Tabla 4. Tipos y formas de muestras para la prueba de T.I. 20
Tabla 5. Características de la máquina Zwick 5102 23
Tabla 6. Microcontroladores 33
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Máquina probadora de impacto 14
Figura 2. Muestra con entalla para un impacto de filo 15
Figura 3. Muestra sin entalla para un impacto de plano 16
Figura 4. Prueba de impacto de fuerza 17
Figura 5. Prueba de impacto de fuerza invertida 17
Figura 6. Prueba de impacto de fuerza sin entalla 18
Figura 7. Antes Del Impacto (Método A) 19
Figura 8. Después Del Impacto (Método A) 20
Figura 9. Ángulos de medición 21
Figura 10. Variables físicas 24
Figura 11. Esquema general 27
Figura 12. Comportamiento de los pulsos del encoder 28
Figura 13. Encoder y su circuito de acondicionamiento 28
Figura 14. Circuito de acondicionamiento del encoder 29
Figura 15. Pulsos del circuito de acondicionamiento del encoder 29
Figura 16. Diagrama De Flujo Del Programa Del Micro Controlador 32
Figura 17. Circuito de control del mecanismo de liberación del péndulo 35
Figura 18. Circuito electrónico del prototipo 37
Figura 19. Prototipo implementado 37
Figura 20. Sistema completo implementado 38
Figura 21. Diagrama de flujo del programa de visual Basic 40
Figura 22. Formulario con medidas de las probetas 42
Figura 23. Configuración del puerto serie en la aplicación 43
Figura 24. Establecimiento de la comunicación 44
Figura 25. Inicio de la prueba 45
Figura 26. Angulo recorrido por el péndulo después del impacto 46
Pág.
Figura 27. Cálculo de energías de las pruebas 1 y 2 47
Figura 28. Cálculo de la desviación estándar del valor promedio 48
Figura 29. Impresión del formulario 49
LISTA DE FÓRMULAS
Pág.
Formula 1. Energía absorbida en el impacto 21
Formula 2. Resistencia al impacto 22
Fórmula 3. Energía absorbida por la probeta 25
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo 1. Guía del usuario para la máquina Zwick 5102. 53
Anexo 2. Paper del Diseño electrónico 63
RESUMEN
La máquina Zwick 5102 se encarga de realizar pruebas de impacto instantáneo a
polímeros en general. Estas pruebas se realizan con el fin de determinar la
energía absorbida por un material en un impacto, y así determinar entre otras
cosas comparaciones entre distintos materiales para así saber en un determinado
caso que material es más conveniente para una línea de producción.
Se realizó un diseño electrónico que permitió poner en funcionamiento la máquina
ZWICK 5102 que estaba fuera de servicio, y una aplicación software donde se
pueden visualizar los resultados de la pruebas de impacto.
La clave del desarrollo del diseño, fue la identificación y acondicionamiento de la
señal proveniente del sensor que permite calcular el ángulo de barrido por el
péndulo de la máquina. Factor clave que determina la calidad de la medición.
Se estableció un diagrama general de diseño que comprende como parte central
un microcontrolador. Este microcontrolador es el encargado de recibir la señal de
inicio de la prueba que el usuario manda desde el PC, envía un pulso que sirve
como señal de control para el mecanismo de liberación del péndulo; registrar y
acondicionar los pulsos que entrega el encoder y de enviarlos al PC.
Adicionalmente el diseño electrónico cuenta con una interfaz de potencia
compuesta por un optocoplador, seguido de un transistor que controla un relé que
actúa directamente sobre el solenoide del mecanismo de liberación.
Otra parte fundamental del desarrollo fue la aplicación software. La aplicación es
la encargada de presentar al usuario de la máquina una interfaz, en la cual puede
consignar las características de la prueba, controlar el inicio de la prueba, obtener
los resultados de la medición y la posibilidad de imprimir el formulario con los
resultados finales.
12
INTRODUCCIÓN
El centro ASTIN (Asistencia técnica a la Industria) del SENA en la ciudad de Cali,
presta un servicio de capacitación técnica y pruebas de laboratorio al servicio de
la Industria. Para la prestación de estos, el Centro ASTIN cuenta con diversos
laboratorios, uno de ellos es el de Ensayos Físicos a Materiales Poliméricos,
donde se realizan pruebas de diferentes tipos, dentro de los cuales encontramos
pruebas de tipo Charpy, Izod y Tracción Impacto. Estas pruebas se realizan con
el objetivo de establecer la resistencia al impacto y energía absorbida en el
impacto de un material polimérico.
Para realizar las pruebas de tipo Izod, Charpy y Tracción Impacto el laboratorio de
ensayos físicos a materiales poliméricos cuenta con la máquina Zwick 5102 que
actualmente se encuentra fuera de servicio.
El propósito entonces es desarrollar un diseño electrónico que habilite dicha
maquina y una aplicación de software que permita obtener los resultados de
energía de las pruebas de impacto.
A continuación se describen las diferentes pruebas de resistencia de materiales
polimétricos, el funcionamiento de la Maquina Zwick 5102, los parámetros
tenidos en cuenta para el diseño y desarrollo del sistema electrónico y aplicación
software que pone en funcionamiento y visualiza resultados.
13
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el Laboratorio de Ensayos Físicos a Polímeros del centro Astin se encuentra la
maquina Zwick 5102 que realiza pruebas de Izod, Charpy y de Tracción Impacto,
que determina la resistencia de impacto y la energía absorbida en el impacto de
los materiales poliméricos.
Esta maquina se encuentra fuera de servicio desde hace varios años debido a un
daño que se presento en su tarjeta electrónica, que la dejo inhabilitada para
realizar dichas pruebas.
La tarjeta electrónica original tiene un costo muy elevado y de difícil adquisición,
además no cuenta con un software, que permita controlar el sistema mecánico,
almacenar datos, realizar cálculos y visualizar resultados por pantalla e
impresión.
Para darle solución a estos problemas se propone desarrollar un sistema
electrónico y una aplicación software, que habilite nuevamente el sistema de la
maquina Zwick 5102, y la ponga al servicio del laboratorio.
14
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar un diseño electrónico y una aplicación software para la maquina Zwick
5102 donde se puedan visualizar los resultados de las pruebas de Izod, Charpy
y Tracción Impacto
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS
• Realizar el diseño de la tarjeta electrónica que capture la señal proveniente
del encoder que se encuentra en la maquina Zwick 5102.
• Acondicionar los datos obtenidos por la tarjeta electrónica para ser
enviados a un computador.
• Realizar una aplicación software que permita interpretar datos obtenido
por la tarjeta electrónica, realizar cálculos necesarios para las pruebas y
mostrar los resultados al operario de la maquina.
15
3. JUSTIFICACIÓN
Es de vital importancia para el centro Astin contar con todos los elementos
necesarios para brindar un servicio óptimo tanto a las empresas como a los
estudiantes que se capacitan en este centro de formación.
Por este motivo se hace necesario habilitar la maquina Zwick 5102 probadora de
impacto, ya que esta se encarga de entregar resultados a pruebas claves
realizadas a polímeros.
Cabe señalar que la máquina presenta actualmente daños en su tarjeta
electrónica y que para el centro Astin representa un costo muy elevado reponer
dicha tarjeta que es de difícil adquisición. Por lo tanto es posible en términos de
economía realizar un diseño electrónico y una aplicación software que realice y
mejore funciones de la tarjeta original a bajo costo.
16
4. PRUEBAS DE IMPACTO
Las pruebas de impacto se realizan a materiales como los polímeros y los
metales en general con el fin de determinar la capacidad del material para
absorber energía de un impacto instantáneo.
Con las pruebas de impacto se puede verificar si los materiales a los que se les
realizan las pruebas, cumplen con las condiciones de trabajo para las cuales
fueron diseñados.
Para realizar las pruebas de impacto se cuenta generalmente con péndulos de
impacto o martillos pendulares. Con estos elementos se verifica el comportamiento
del material al ser golpeado por una masa con condiciones iniciales conocidas
(longitud del brazo del péndulo, peso de la masa, ángulo de lanzamiento, altura y
demás).
En el caso específico de la máquina probadora de impacto Zwick 5102 se pueden
verificar pruebas de tipo Izod, Charpy y Tracción Impacto.
Figura 1. Máquina probadora de impacto
17
4.1 MÉTODO CHARPY
El este método, se coloca la muestra de forma horizontal sobre dos apoyos. Como
se muestra en la figura 2 y 3 puede variar en el lugar donde golpea el martillo en la
probeta y si contiene entalla o no. La muestra o probeta según la norma ISO 179
debe contar con las especificaciones mostradas en la tabla 1.
Tabla1. Especificaciones de una muestra para el método Charpy.
Tipo Largo (mm) Ancho (mm) Grueso (mm) Palmo (mm)
1 80 10 4 62
2 25 10 ó 15 3 20
3 11 ó 13 10 ó 15 3 6 ó 8
Figura 2. Muestra con entalla para un impacto de filo.
18
Figura 3. Muestra sin entalla para un impacto de plano.
Diversos tipos de entalla pueden ser utilizados:
Tabla 2. Tipos de entalla (Charpy).
Entalla Radio de la entalla (mm)
A 0.25
B 1.00
C 0.01
4.2 MÉTODO IZOD
En este tipo de método, la muestra se coloca de forma vertical sostenida por una
prensa, es después golpeada por el péndulo (masa, longitud, ángulo de
lanzamiento conocido). La energía perdida por el péndulo se compara con la
energía absorbida por la muestra.
19
La muestra para este tipo de prueba puede contar con entalla o no, según la
norma ISO 180 dos posibles configuraciones se pueden realizar para aquellas
muestras que contengan entalla:
Tabla 3. Tipos de entallas (Izod).
Entalla Radio de la entalla (mm)
A 0.25
B 1.00
Según la norma ISO 180 existen tres tipos de formas para realizar este tipo de
prueba:
Prueba de impacto de fuerza: En este tipo de ensayo se coloca la una muestra de
forma vertical con la entalla hacia el lado donde recibirá el impacto.
Figura 4. Prueba de impacto de fuerza
Prueba de impacto invertido de fuerza: Esta prueba es similar a la anterior, con la
diferencia que el impacto ocurre del lado opuesto de la entalla.
Figura 5. Prueba de impacto de fuerza invertida
20
Prueba de impacto de fuerza sin entalla: Esta prueba se realiza de la misma forma
que las anteriores, la diferencia radica en que la muestra carece de entalla.
Figura 6. Prueba de impacto de fuerza sin entalla
Bajo la norma ASTM D256 también están las anteriores tres pruebas. Esta norma
incluye a demás otros tipos de pruebas que se explican a continuación:
Tipo B: Fuerza neta estimada de impacto, es igual a la prueba de impacto de
fuerza de ISO 180 (para la norma ASTM D256 se denomina Tipo A), difiere de
esta en que se tiene en cuenta para los cálculos la energía necesaria para romper
la muestra. Es preferida la prueba de Tipo A para materiales con fuerza de
impacto por debajo de 27 J/m.
Tipo D: Prueba de sensibilidad de la entalla. Se calcula por medio de la formula:
b = (E2 - E1)/(R2 - R1), en la cual b es la sensibilidad de la entalla, E2 y E1 es la
energía requerida para romper las muestras de un radio pequeño y uno grande,
R2 y R1 corresponden a cada uno de los radios de las muestras. Las unidades son
J/m/mm del radio de la entalla.
21
4.3 PRUEBA DE TRACCIÓN IMPACTO
Esta prueba determina la energía por unidad de área necesaria para romper una
muestra por medio de un impacto extensible. Se utiliza para materiales demasiado
finos o flexibles. Según la norma ISO 8256 la muestra es colocada en un yunque
extensible como se muestra en la figura 7, posteriormente se procede a ser
golpeada por el péndulo.
Existen dos formas de realiza esta prueba:
Método A: En este método se monta la muestra y la cruceta en un marco inmóvil,
seguidamente, el péndulo golpea la cruceta causando la ruptura de la muestra.
Figura 7. Antes Del Impacto (Método A)
22
Figura 8. Después Del Impacto (Método A)
Método B: Consiste en montar la cruceta y la muestra en el péndulo, la cruceta
golpea un yunque inmóvil que causa la falla del material.
Para el tipo de pruebas de tracción de impacto se utilizan 5 tipos diferentes de
muestras:
Tabla 4. Tipos y formas de muestras para la prueba de Tracción Impacto
Tipo Forma de la muestra
1
2
3
4
5
23
4.4 DETERMINACIÓN DE RESULTADOS
El fin principal de las pruebas de tipo Izod, Charpy y tracción impacto es la
determinación de la energía absorbida en el impacto y la resistencia al impacto de
la probeta.
Energía absorbida en el impacto:
Formula 1. Energía absorbida en el impacto
W*sin1
sin11E
++−=
αβ
Donde:
E = Energía absorbida en el impacto (J)
α = La deflexión del ángulo desde la horizontal (grados)
β = Máxima deflexión del ángulo después del impacto desde la horizontal (grados)
W = Capacidad de trabajo del péndulo (J)
Figura 9. Ángulos de medición
24
Resistencia al impacto:
Formula 2. Resistencia al impacto
hb
W
*a =
Donde:
a = Resistencia al impacto (J/m2)
W = Energía absorbida en el impacto (J)
b = Ancho de la probeta (m)
h = Altura de la probeta (m)
25
5. MAQUINA ZWICK 5102
La máquina probadora de impacto Zwick 5102 es una máquina que puede realizar
pruebas de tipo Izod Charpy y tracción impacto en un rango máximo de 4J.
A continuación se presenta los datos técnicos de la máquina:
Tabla 5. Características de la máquina Zwick 5102
Energía de impacto Máx. 4 J. Máx. 2 J. Máx. 1 J. Máx. 0.5 J
Masa del péndulo 934.6 g 467.3 g 233.6 g 116.8 g
Ángulo de liberación 160º
Longitud del péndulo 225 mm
Velocidad de impacto 2.93 m/s
Separación de los soportes Ajustable entre 40 y 100 mm
5.1 RANGO DE APLICACIÓN
La máquina Zwick 5102 está diseñada para realizar pruebas según las siguientes
normas:
ASTM D 256 Método B Prueba impacto (Charpy)
ASTM D 256 Método A Prueba impacto (Izod)
DIN 53453 Prueba impacto (Charpy)
ISO R 179 Prueba impacto (Charpy)
ISO R 180 Método A Prueba impacto (Izod)
26
B.S.771 Prueba impacto (Izod)
ASTM D 1822 Prueba de tracción impacto
DIN 53 448 Prueba de tracción impacto
DIN 53 753 Prueba de tracción impacto
5.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento de la máquina Zwick 5102, se basa en los
principios físicos de un péndulo y una colisión inelástica. El diseño de la máquina
en forma de péndulo permite conocer la energía potencial inicial y la final, ya que
se tienen todos los datos físicos para saberlo (masa del péndulo, radio, ángulo
inicial y ángulo final que se determina a partir de la información que entrega el
encoder), y así poder determinar a partir de una diferencia de energías, cual fue la
cantidad de energía que absorbió la probeta después del impacto.
Figura 10. Variables físicas
27
Teniendo en cuenta la figura 10 se puede calcular la energía antes y después del
impacto, así mismo la energía absorbida en el impacto por la probeta de la
siguiente forma:
α = Ángulo inicial a de lanzamiento.
β = Ángulo final tomado respecto a la horizontal.
mg = Wp = Peso del péndulo.
L = Longitud del péndulo.
h1 = Altura inicial respecto al punto de impacto.
h2 = Altura final después del impacto respecto al punto de impacto.
Y = Altura inicial respecto a la horizontal.
Y´= Altura final después del impacto respecto a la horizontal.
Energía inicial (E0):
))(Seno1(*L*WpE
))(Seno*LL(*WpE
)YL(*WpE
1h*WpE
0
0
0
0
α+=α+=
+==
Energía final (Ef):
))(Seno1(*L*WpE
))(Seno*LL(*WpE
´)YL(*WpE
2h*WpE
f
f
f
f
β+=β+=
+==
Para el cálculo de la energía absorbida por la probeta (E) sería:
Fórmula 3. Energía absorbida por la probeta.
E = Ef – E0
28
6. DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRÓNICO DE LA MAQUINA ZWICK 5102
6.1 REQUERIMIENTOS
El sistema electrónico debe cumplir con las siguientes características:
• Controlar el mecanismo de liberación del péndulo.
• Capturar los datos del encoder.
• Procesar dichos datos y enviarlos al PC.
6.2 ESQUEMA GENERAL
Como se muestra en la figura 11, se aprecia un esquema general de las partes
que contiene el sistema del posible diseño.
Como parte central se encuentra el microcontrolador que encarga de recibir las
señales del PC para activar el mecanismo de liberación del péndulo,
adicionalmente procesa las señales provenientes del circuito de
acondicionamiento del encoder y envía los datos necesarios hacia el PC para la
visualización de resultados.
29
Figura 11. Esquema general
6.2.1 Circuito de acondicionamiento del encoder. El circuito de
acondicionamiento del encoder está acoplado a la estructura mecánica de la
máquina. Como se observa en la figura 12, entrega uno de los pulsos desfasado
90º respecto al otro, adicionalmente en un sentido de giro se observa que cuando
el pulso A realiza la transición de estado alto a un estado bajo, el pulso B se
encuentra en estado alto. Así mismo cuando el encoder gira en sentido opuesto,
al presentarse la transición de estado alto a uno bajo en el pulso A se observa que
el pulso B se encuentra en un estado bajo. Estas características de las secuencias
en un sentido y en otro son aprovechadas para determinar cuando se ha
presentado en cambio de giro.
30
Figura 12. Comportamiento de los pulsos del encoder
Figura 13. Encoder y su circuito de acondicionamiento
Este circuito de acondicionamiento hace parte de los elementos instalados
originalmente con la máquina.
31
Figura 14. Circuito de acondicionamiento del encoder
Figura 15. Pulsos de salida del circuito de acondicionamiento del encoder
32
6.2.2 Microcontrolador. Es el encargado de registrar los datos entregados por
circuito de acondicionamiento del encoder, procesarlos y enviarlos al computador
por medio de una interfase RS232, adicionalmente envía la señal de control al
mecanismo de liberación del péndulo proveniente del PC.
A continuación se presenta una descripción de la figura 16 que muestra el proceso
que debe realizar el programa del microcontrolador para cumplir con los
requerimientos de la tarjeta electrónica:
Como primera medida en el programa se inicializan todas las variables, se
configuran los puertos, contadores e interrupciones. Para esta aplicación se
configura un contador como generador de baudios, otro como contador de pulsos
externos y una interrupción externa por cambio de nivel.
Una vez inicializadas las variables, el microcontrolador espera la interrupción que
genera la recepción por el puerto serie, esto con el fin de enviar un dato de
confirmación de conexión al la aplicación de Visual Basic y de evaluar si el dato
que llega es la orden para activar el mecanismo de liberación del péndulo. Si la
orden es válida, el microcontrolador envía un pulso por un pin de sus puertos
conectado a la interfaz de potencia (el pulso se mantiene hasta que se presente la
primera interrupción). Inmediatamente después de que se ha dado la orden de
liberación del péndulo, el programa habilita el contador de eventos externos.
Hecho esto, el programa queda en un bucle esperando la interrupción externa.
Cada vez que se presente una interrupción externa debido a los pulsos
provenientes del encoder, se evalúa dentro de la subrutina de interrupción si la
secuencia corresponde a la de un cambio de giro, en otras palabras teniendo en
cuenta la figura 12 al presentarse la interrupción externa debido al pulso A se
avalúa en que estado está el pulso B, si el programa determina que ambos pulsos
33
se encuentra en cero, procede a detener al contador de pulsos externos y salvar
su valor en una variable. Posteriormente el valor de esta variable es enviado hacia
el computador por medio del puerto serie; para calcular el ángulo barrido por el
péndulo desde que se libera hasta el cambio de giro.
Cuando ya se ha enviado el valor del ángulo barrido por el péndulo al computador,
el programa del microcontrolador procede a inicializar nuevamente las variables y
esperar la señal de control para la activar nuevamente el mecanismo de liberación
del péndulo y realizar una nueva prueba.
34
Figura 16. Diagrama De Flujo Del Programa Del Micro Controlador
35
Teniendo en cuenta los requerimientos para el diseño de la tarjeta y el programa
para el microcontrolador, este debe cumplir con algunas condiciones físicas
mínimas que son:
• 1 Interrupción externa controlada por flanco.
• 1 Timer de 16 bits.
• 1 puerto de comunicación serial asíncrono.
• 1 pin de salida digital.
• Memoria de Programa de 1K.
• Memoria RAM 128 bytes.
Los posibles microcontroladores que cumplen con las anteriores especificaciones
son:
Tabla 6. Microcontroladores
FABRICANTE REF. PINES I/O TIMERS
INT.
EXT. USART
M.
PROGRAMA M. DATOS Watchdog
Atmel AT89C2051 15 2 2 Sí 2k 128 bytes No
Atmel AT89C55 32 3 2 Sí 20k 256 bytes No
Atmel AT89S51 32 2 2 Sí 4k 128 bytes No
Atmel AT89S52 32 3 2 Sí 8k 256 bytes Sí
Atmel AT90S1200 15 1 1 Sí 1k 64 bytes No
Atmel AT90S2313 15 2 2 Sí 1k 128 bytes Sí
Atmel AT90S4414 32 2 2 Sí 4k 256 bytes Sí
Atmel ATMEGA8 23 2 2 Sí 8k 512 bytes Sí
Microchip PIC16F873 22 3 1 Sí 4k 192 bytes Sí
Microchip PIC16F874 33 3 1 Sí 4k 192 bytes Sí
Microchip PIC16F876 22 3 1 Sí 8k 368 bytes Sí
Microchip PIC16F877 33 3 1 Sí 8k 368 bytes Sí
Microchip PIC18F452 33 4 1 Sí 32k 1536bytes Sí
36
6.2.3 Alimentación de voltaje. Las características del diseño requieren una
fuente independiente para la alimentación del microcontrolador y otra para la etapa
de potencia. Las características mínimas que debe cumplir son:
• Trasformador de 1 devanado primario y dos devanados secundarios
aislados
• Entrada 110V/120V salida 5V/12 V
• Frecuencia 60Hz
• Corriente : 1A
6.2.4 Activación del mecanismo de liberación péndulo. Una vez el
microcontrolador recibe la orden de liberación, obtenemos por el pin asignado
como salida del microcontrolador un pulso que activa un opto transistor (4N35)
que ayuda a controlar la etapa de potencia garantizando un aislamiento de una
etapa a otra.
Seguidamente a esta etapa se acciona un transistor que se encarga de energizar
la bobina de un relé, esto con el fin de poder tener un control sobre el solenoide
que es el que actúa mecánicamente sobre el mecanismo de liberación.
37
Figura 17. Circuito de control del mecanismo de liberación del péndulo
6.2.5 Interfaz de comunicación serial. Para la comunicación serial en el
prototipo se utilizó el integrado MAX232 ya que en puerto se manejan voltajes
entre +/- 15V y los microcontralodores voltajes de +5V, y considerando que en las
aplicaciones para las que estos se utilizan no se puede acceder a una fuente de
voltaje como lo es en un computador, existe la necesidad de utilizar un dispositivo
que realice la conversión de voltaje utilizando solo la entrada de 5V que recibe el
microcontrolador; esta es la función del CI MAX 232, que realiza dicha conversión
utilizando un juego de condensadores conectados en sus pines
6.3 DISEÑO DEL PROTOTIPO
Con la finalidad de poder verificar el funcionamiento completo del sistema, se
diseñó y se implementó un prototipo que pudiera cumplir con las funciones básicas
y las tareas necesarias para el desarrollo del proyecto.
38
El prototipo electrónico se desarrolló a partir del microcontrolador Atmel 89C52. Se
tomó como base este microcontrolador ya que ofrece funciones como: 2
interrupciones externas, 3 contadores, comunicación serial, 32 pines I/O.
Adicionalmente se pensó en este microcontrolador considerando la posible
implementación de un teclado y un LCD que permitiera visualizar los resultados de
las pruebas, consideraciones que no se tuvieron en cuenta en el desarrollo del
prototipo final ya que no se encontraban dentro de los requerimientos del sistema
en general. Estas funciones facilitaron el desarrollo de un prototipo que se
muestra en la figura 18.
El prototipo consta de una etapa de alimentación conformada por dos fuentes
independientes, una etapa de potencia para el mecanismo de liberación del
péndulo, interfaz RS – 232 y microcontrolador.
39
Figura 18. Circuito electrónico del prototipo
Figura 19. Prototipo implementado
40
Figura 20. Sistema completo implementado
Se observa en la figura 20, el sistema completo: prototipo electrónico, máquina
Zwick 5102 y computador. La implementación del prototipo electrónico permitió el
desarrollo del software para la visualización de resultados y el control de la
máquina.
41
7. DISEÑO DE LA APLICACIÓN SOFTWARE
71. REQUERIMIENTOS
Las características del Software son:
a. Un formulario en el que el usuario consigne los datos físicos de las
probetas: largo, ancho, grosor y entalla.
b. Selección el tipo de prueba.
c. Debe establecer la comunicación entre el PC y el microcontrolador para
liberar el péndulo y para capturar los pulsos del encoder.
d. Realizar cálculos y visualizar el resultado de las pruebas.
e. Imprimir los datos obtenidos
7.2 DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA
En la figura 21. Se describe el comportamiento de la aplicación realizada en Visual
Basic Studio 6.0.
42
Figura 21. Diagrama de flujo del programa de visual Basic
El programa comienza con la declaración de variables a utilizar, presenta en el
43
formulario casillas en las cuales el usuario consigna las características de la
prueba, seguidamente si el usuario establece la comunicación con la máquina el
programa abre el puerto de comunicaciones (serial) y pide la confirmación al
microcontrolador de conexión de la máquina. Si la confirmación de conexión es
positiva, se habilita la opción de “INICIO”.
El usuario al presionar “INICIO” enviará una orden al microcontrolador para que
libere el péndulo. La aplicación de Visual Basic espera a que ocurra el evento de
recepción del puerto serie que se produce cuando el microcontrolador envía el
resultado de la medición de la máquina.
Cuando se produce el evento en el puerto serie, se guarda el dato enviado por el
microcontrolador para realizar los cálculos de las energías.
Los resultados son mostrados en el formulario para ser acumulados con otras
cuatro pruebas, si el usuario lo desea puede ejecutar la orden desviación estándar
y valor promedio para las pruebas que halla realizado.
Una vez mostrados los resultados si el usuario lo desea puede imprimir el
formulario
7.3 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN EN VISUAL BASIC
Paso 1: Llenar completamente el formulario, se debe tener en cuenta que para
que el programa funcione correctamente es necesario tener los datos: tipo de
prueba, péndulo, y medidas de la probeta (ancho, alto, entalla).
44
Figura 22. Formulario con medidas de las probetas
Paso 2: Configurar el puerto de comunicaciones donde esta conectada la
maquina. Únicamente es necesario configurar el número del puerto, ya que por
defecto los parámetros como la velocidad en baudios, la paridad, bit de datos ya
están configurados en la aplicación.
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Figura 23. Configuración del puerto serie en la aplicación
Paso 3: Una vez estén listas las probetas y preparado el montaje mecánico, se
procede a establecer la comunicación con la maquina.
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Figura 24. Establecimiento de la comunicación
Paso 4: Cuando se ha establecido la comunicación con la maquina se habilita el
botón de “INICIO”. Si el operario esta completamente seguro de ejecutar una
prueba se debe pulsar este botón. Al pulsarlo, inmediatamente la liberación del
péndulo es llevada a cabo. Saldrá un mensaje confirmando el inicio de la prueba
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Figura 25. Inicio de la prueba
Paso 5: Una vez realizada la prueba, aparece el valor del ángulo recorrido por el
péndulo después del impacto. Se habilita inmediatamente el botón “Prueba 1”.
Con el se podrá calcular la energía absorbida en el impacto y la resistencia al
impacto.
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Figura 26. Angulo recorrido por el péndulo después del impacto
Paso 6: Si el usuario desea realizar mas pruebas debe repetir los pasos del 3 al 5
Cabe destacar que a medida que se finaliza una prueba se activa inmediatamente
el botón correspondiente a la siguiente
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Figura 27. Cálculo de energías de las pruebas 1 y 2
Paso 7: Una vez obtenidos los 5 datos correspondientes a cada una de las
pruebas el usuario podrá calcular el valor promedio y la desviación estándar del
total de los datos.
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Figura 28. Cálculo de la desviación estándar del valor promedio
Paso 8: Existe la posibilidad de imprimir el formulario con los resultados.
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Figura 29. Impresión del formulario
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8. CONCLUSIONES
Se diseño un prototipo electrónico para la máquina Zwick 5102 cuyo desempeño
mecánico y de control, cumple con los requerimientos mínimos exigidos por el
ASTIN.
Se gano experiencia en el desarrollo electrónico y de software de una aplicación
real en la industria.
Se adquirió conocimiento en las diferentes pruebas de laboratorio, que se realizan
a los polímetros para identificar su resistencia física al impacto.
Se llevo a la práctica algunos de los conocimientos adquiridos en el pregrado, en
las áreas de física, electrónica y programación.
Se aprendió a trabajar en un diseño para satisfacer las necesidades se un cliente
con parámetros específicos.
Se diseño una guía de operación para el usuario.
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9. RECOMENDACIONES
• Se recomienda la instalación de una guarda para la máquina que proteja al
operario de las esquirlas que produce efectuar una prueba.
• Establecer e instalar mecanismos de seguridad que aseguren que no se
realice una prueba hasta que no se cumplan con los requisitos de seguridad
mínimos.
• Se recomienda la instalación de un teclado y un LCD como parte del
diseño, para no depender como elemento de visualización y entrada de
datos únicamente de un computador.
• Para el desarrollo de un posible prototipo final proponemos el uso de un
relé de estado sólido para activar el solenoide que libera el péndulo de la
maquina Zwick 5102 para evitar los desgastes mecánicos.
• Instalar sensor integrado de temperatura y realizar acondicionamiento para
que aparezca en el reporte final de la prueba a la que fue realizada
• Adicionar un contador acumulador del numero de pruebas realizadas para
efectos de mantenimiento en las partes mecánicas
• Acondicionar un sistema que guarde la historia de las pruebas realizadas
con la fecha, hora; tipo de prueba y todas las condiciones existentes en el
momento que sean relevantes.
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• Acondicionar sistema que indique el estado de nivelación de maquina antes
de cada prueba
• Acondicionar sistema que detecte automáticamente las dimensiones de la
probeta y lo adicione al reporte
• Especificar en la hoja de datos las características del sistema de medición
montado donde se incluyen entre otros:
- Rango de la medición
- Sensibilidad
- Resolución
- Linealidad
- Fuentes posibles y magnitud de error
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BIBLIOGRAFÍA
Charpy Impact Strength - ISO 179. [en línea]. EE.UU.: IDES, The Plastic WebTM IDES, 2006. [Consultado en Agosto de 2006]. Disponible en Internet: http://www.ides.com/property_descriptions/default.asp
JARAMILLO, S. H.; Ruiz, C. A. Análisis y simulación de la prueba de impacto tipo Charpy mediante elementos finitos. Santiago de Cali, 2003. 6 p. Paper trabajo de grado (Ingeniería Mecánica). Universidad Autónoma de Occidente, Facultad de Ingeniería.
Pendulum impact testers [en línea]: Alemania: Zwick Soller, 2006. [Consultado en Agosto de 2006]. Disponible en Internet:http://www.zwick.com/pendulum-impact-testers.html
SERWAY, A. Raymond. Física 3 ed. México: Editorial Mc Graw Hill, 1992. 636 p.
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ANEXOS
Anexo 1. Guía del usuario para la máquina Zwick 5102.
PROBADOR A DE IMPACTO ZWICK 5102 GUÍA DEL USUARIO
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MANUAL DE OPERACIÓN MAQUINA ZWICK 5102 - Introducción - Características - Precauciones generales - Precauciones con error de datos - Modo de operación
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INTRODUCCIÓN Zwick 5102 Este péndulo compacto para energías de impacto de hasta 5 Joule está diseñado para efectuar ensayos de tipo Charpy, Izod y Tracción Impacto para afectar pruebas extensibles en los plásticos y los materiales similares.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA MAQUINA ZWICK 5102 Maquina Zwick 5102 entre sus características principales destacamos las siguientes:
Energía máxima del impacto 4J, 2J, 1J, 0.5J
Velocidad del impacto 2.93 ms-1
Longitud del péndulo 225 mm.
Palmo del espécimen 40 a 100 mm.
Tabla 1. Características de la máquina Zwick 5102.
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PRECAUCIONES GENERALES
Siempre que utilice la maquina Zwick 5102 asegúrese de tener las siguientes precauciones importantes:
• Una vez instalada la maquina verifique que se encuentra alimentada
correctamente a un voltaje de 110 V.
• Asegúrese de la probeta se encuentra bien ubicada para lograr una correcta medición.
• Antes de realizar una prueba asegúrese que la maquina disponga de la
guarda de seguridad esto con el fin de evitar daños en sus ojos producto de las esquirlas de la pieza a medir.
• Antes de liberar el péndulo cerciórese de que no existan objetos extraños
que puedan entorpecer la medida.
• Una vez liberado el péndulo evite detener este con la mano ya podría ocasionar algún tipo de daño.
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PRECAUCIONES CON ERROR DE DATOS Para evitar posibles errores en la medición y toma de datos es necesario tener en cuenta las siguientes precauciones
- Verifique que la maquina se encuentra nivelada. Para ello es necesario observar que la gota del indicador de nivel se encuentre totalmente en el centro. Si esta no esta en el centro proceda a nivelarla con los tornillos de ajuste que se encuentran en la parte inferior de la máquina.
- Tenga en cuenta que hay ciertos datos críticos para realizar la prueba y que
debe consignar en el formulario: Péndulo, Tipo de prueba y datos físicos de la muestra (alto, ancho, entalla).
- Una vez nivelada la maquina realice una prueba completa si la muestra
con el fin de verificar el correcto registro de pulsos del encoder. El resultado debe dar cero.
- Cerciórese que la maquina se encuentra configurada en el puerto correcto
esto con el fin de evitar posibles errores de comunicación en la adquisición de datos.
- En caso de encontrar algún tipo de desfase en la medición del ángulo inicial
de caída, se puede proceder a calibrar la maquina de forma mecánica, esto se logra moviendo hacia delante o hacia atrás el soporte e el cual se apoya el péndulo.
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MODO DE OPERACIÓN
1. Como primera medida antes de realizar una prueba se tiene que cumplir ciertos requisitos entre los cuales esta llenar correctamente el formulario con datos como:
a. Numero de la orden. b. Temperatura. c. Humedad relativa. d. Identificación de la muestra. e. Tipo y forma de la entalla. f. Péndulo. g. Tipo de prueba: Izod, Charpy ó Tracción Impacto.
2. Configurar y establecer correctamente el puerto Com en el cual se encuentra conectada la maquina. Para una correcta configuración Ingresar en la parte superior de la pantalla y hacer clic en el link de conexión, una vez ingresado a este menú ingresamos a configurar , luego seleccionamos el puerto en el cual se encuentra conectada la maquina. Seguidamente se procede a dar clic en la opción “Establecer ” con la cual se establece la comunicación con la máquina.
Imagen 1. Configuración del puerto Com.
3. Una vez configurados todos los pasos anteriores podemos proceder a
colocar la probeta en el soporte de la maquina.
4. Ya establecida la comunicación podemos ver que habilita el botón de INICIO, lo que nos indica que podemos realizar la prueba sin ningún tipo de problema. Una vez pulsado dicho botón obtendremos la activación del solenoide que nos liberara de una forma mecánica el péndulo.
5. Una vez liberado el péndulo se produce un impacto sobre la probeta
logrando así de esta manera que obtengamos un valor del ángulo recorrido por el péndulo después del impacto.
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6. Obtenido este valor del Angulo se habilita un botón denominado Prueba 1
con el cual se podrá calcular el valor correspondiente a la energía absorbida en el impacto y la resistencia al impacto
7. Si el operario de la maquina desea realizar mas pruebas en la maquina es
necesario repetir los pasos desde el punto 3
8. Una vez logrado realizar 5 pruebas en la maquina el operario podrá obtener resultados como valor promedio y desviación estándar
9. Luego de finalizar las pruebas y obtenidos todos los cálculos el operario
podrá imprimir todos los resultados facilitando así un control detallado sobre el material al cual se le realizó la prueba.
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Anexo 2. Paper del Diseño electrónico.
DISEÑO ELECTRÓNICO PARA EL PROBADOR DE IMPACTO DE PÉNDULO ZWICK 5102
Carlos Elías Sáenz Cárdenas, Danny Andrés López Castaño
Universidad Autónoma de Occidente Cali, Octubre de 2006
[email protected], [email protected]
Resumen: En el siguiente documento se encuentra la descripción del diseño electrónico, prototipo electrónico y aplicación software para el probador de impacto de péndulo a materiales poliméricos Zwick 5102. Palabras Claves: Péndulo, Ángulo, Colisión, Encoder, Pulsos, Microcontrolador, Solenoide.
1. INTRODUCCIÓN En el centro ASTIN del SENA se encuentra el laboratorio de ensayos físicos a materiales poliméricos. Este laboratorio cuenta con la máquina probadora de Impacto Zwick 5102, que tiene como finalidad medir la resistencia al impacto de los materiales poliméricos. La máquina Zwick 5102 es un aparato electromecánico que fue diseñado para realizar pruebas de impacto de tipo: Izod, Charpy y Tracción Impacto. Cada una de estas pruebas son claves para poder determinar que tanta energía es capaz de absorber un material en un impacto o colisión, y así poder determinar por ejemplo, si el material al que se le realiza estas pruebas están dentro de los parámetros de resistencia para fabricar alguna pieza con ellos, de cumplir requerimientos de control de calidad en una línea de producción, ó para determinar como se comporta un material a una carga dinámica de impacto. Debido a una falla en su tarjeta electrónica esta máquina no se encuentra prestando sus servicios al laboratorio. Por este motivo se presenta un diseño electrónico acompañado de una aplicación software que permite aprovechar la estructura mecánica y el encoder acoplado a ella, para así dar los resultados de las pruebas físicas que realiza esta máquina.
2. MÁQUINA ZWICK 5102 Consiste en un aparato mecánico de tipo pendular, cuenta con un mecanismo de liberación del péndulo (1) que consiste en un solenoide que se retrae una vez es activado soltando un seguro, tiene acoplado al eje del péndulo un encoder (2) que permite la medición del ángulo barrido por este; un nivel de gota (3) para la verificación de la nivelación de la máquina, péndulo (4) y soporte para las probetas (5).
Figura.1. Máquina Zwick 5102 Sus características de fábrica son las siguientes:
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Energía de impacto Máx. 4 J. Máx. 2 J. Máx. 1 J. Máx. 0.5 J Masa del péndulo 934.6 g 467.3 g 233.6 g 116.8 g Ángulo de liberación
70º
Longitud del péndulo
225 mm
Vel. de impacto 2.93 m/s Separación de los soportes Ajustable entre 40 y 100 mm
Tabla 1. Características de la máquina Zwick 5102
Para determinar el resultado de las pruebas el fabricante de la máquina entrega las siguientes formulas: Energía absorbida en el impacto:
W*sin1
sin11E
++−=
αβ
Formula 1. Energía absorbida en el impacto
Donde: E = Energía absorbida en el impacto (J) α = La deflexión del ángulo desde la horizontal (grados) β = Máxima deflexión del ángulo después del impacto desde la horizontal (grados) W = Capacidad de trabajo del péndulo (J)
Figura 2. Ángulos de medición
Resistencia al impacto:
hb
W
*a =
Formula 2. Resistencia al impacto.
Donde:
a = Resistencia al impacto (J/m2) W = Energía absorbida en el impacto (J) b = Ancho de la probeta (m) h = Altura de la probeta (m)
3. REQUERIMIENTOS Con el objetivo de poder obtener los resultados de las pruebas de tipo Izod, Charpy y Tracción Impacto que realiza la máquina Zwick 5102, se requiere que el diseño electrónico y la aplicación software tengan las siguientes características: Requerimientos de la tarjeta electrónica:
• Controlar el mecanismo de liberación del péndulo.
• Capturar los datos del encoder. • Procesar dichos datos y enviarlos al PC.
Requerimientos de la aplicación software:
• Un formulario en el que el usuario consigne los datos físicos de las probetas: largo, ancho, grosor y entalla.
• Selección el tipo de prueba. • Debe establecer la comunicación entre el
PC y el microcontrolador para liberar el péndulo y para capturar los pulsos del encoder.
• Realizar cálculos y visualizar el resultado de las pruebas.
• Imprimir los datos obtenidos.
4. ESQUEMA GENERAL DEL DISEÑO. Para dar solución a los requerimientos de la máquina se propone un esquema general que comprenda como sistema central un microcontrolador. Este tiene la función de capturar los datos que entrega el encoder, procesarlos y enviarlos a un computador para obtener los resultados por medio de una aplicación software. Adicionalmente el microcontrolador recibe y procesa la señal desde la aplicación software para dar inicio a una prueba controlando el mecanismo de liberación del péndulo.
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Figura 3. Esquema general del diseño.
En este esquema se incluye una etapa de potencia que se encarga de actuar entre el microcontrolador y el mecanismo de liberación del péndulo, igualmente se muestra una etapa de acondicionamiento de la señal que entrega el encoder y la etapa para la comunicación serial por medio de una interfaz RS-232.
5. TARJETA ELECTRÓNICA.
Según el esquema general de diseño la parte electrónica cuenta con diferentes etapas cada una con funciones y características específicas: 5.1 Circuito de acondicionamiento del encoder. Tiene la función de registrar y convertir en una señal digital a niveles TTL cada uno de los pasos del encoder. Su característica principal es la de entregar dos series de pulsos cada uno desfasado 90° entre ellos. Otra característica se observa en la figura 4, que muestra que cuando gira el péndulo en un sentido, el pulso A al realizar la transición de estado alto a un estado bajo, el pulso B se encuentra en estado alto. Así mismo cuando el encoder gira en sentido opuesto, al presentarse la transición de estado alto a uno bajo en el pulso A se observa que el pulso B se encuentra en un estado bajo.
Figura 4. Comportamiento de los pulsos del encoder en sentido de giro diferente. El circuito que acondiciona estas señales se muestra en la figura 5.
Figura 5. Circuito de acondicionamiento del
encoder (máquina Zwick 5102)
5.2 Interfaz de potencia Tiene la finalidad de acondicionar la señal del microcontrolador para el solenoide y de aislar óptimamente por medio de un opto transistor la etapa de control y la de potencia. Como se observa en la figura 5 consta de un opto transistor que recibe la señal del microcontrolador, este cuando se satura alimenta la base de un transistor que maneja a un relé mecánico que es el que actúa directamente sobre el solenoide.
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Figura 6. Circuito de control del mecanismo de
liberación del péndulo
5.3 Microcontrolador Es el encargado de registrar los datos entregados por circuito de acondicionamiento del encoder, procesarlos y enviarlos al computador por medio de una interfase RS232, adicionalmente envía la señal de control al mecanismo de liberación del péndulo proveniente del PC.
Figura 7. Diagrama De Flujo Del Programa Del
Micro Controlador
El programa se encarga como primera medida de confirmar la conexión con el computador, luego valida la orden de liberación del péndulo. Cuando la orden se produce, procede a habilitar el contador de pulsos y a enviar la señal para liberar el péndulo. Cada vez que el pulso A tenga una transición de estado alto a un estado bajo genera en el microcontrolador una interrupción. En la rutina de atención a la interrupción el programa se encarga de evaluar cuando se ha producido un cambio de giro en el péndulo (cuando A y B en estado bajo). Al determinarse el cambio de giro el programa procede a detener el contador y salvar su valor para luego ser enviado al computador para realizar los cálculos correspondientes. Para realizar estas funciones el microcontrolador debe cumplir con las siguientes características:
• 1 Interrupción externa controlada por flanco.
• 1 Timer de 16 bits. • 1 puerto de comunicación serial
asíncrono. • 1 pin de salida digital. • Memoria de Programa de 1K. • Memoria RAM 128 bytes.
5.4 Diseño del prototipo electrónico
Con la finalidad de poder verificar el funcionamiento completo del sistema, se diseñó y se implementó un prototipo que pudiera cumplir con las funciones básicas y las tareas necesarias para el desarrollo del proyecto. El prototipo electrónico se desarrolló a partir del microcontrolador Atmel 89c52. Se tomó como base este microcontrolador ya que ofrece funciones como: 2 interrupciones externas, 3 contadores, comunicación serial, 32 pines I/O. Adicionalmente se pensó en este microcontrolador considerando la posible implementación de un teclado y un LCD que permitiera visualizar los resultados de las pruebas, consideraciones que no se tuvieron en cuenta en el desarrollo del prototipo final ya que no se encontraban dentro de los requerimientos del sistema en general. Estas funciones facilitaron el desarrollo de un prototipo que se muestra en la figura 15.
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El prototipo consta de una etapa de alimentación conformada por dos fuentes Y tierras independientes, una etapa de potencia para el mecanismo de liberación del péndulo, interfaz RS – 232 y microcontrolador.
Figura 8. Circuito electrónico del prototipo para
la maquina Zwick 5102.
Figura 9. Prototipo electrónico implementado. 6. DISEÑO DE LA APLICACIÓN SOFTWARE. La finalidad de la aplicación es: permitir al operario de la máquina tener un control sobre el mecanismo de liberación del péndulo, entregar los resultados de las pruebas realizadas y de tener un registro por medio de un formulario de las características de la pruebas y de las probetas, adicionalmente si lo desea imprimir los resultados.
6.1 Descripción de la aplicación. El programa comienza con la declaración de variables a utilizar, presenta en el formulario casillas en las cuales el usuario consigna las características de la prueba, seguidamente si el
usuario establece la comunicación con la máquina el programa abre el puerto de comunicaciones (serial) y pide la confirmación al microcontrolador de conexión de la máquina. Si la confirmación de conexión es positiva, se habilita la opción de “INICIO”. El usuario al presionar “INICIO” enviará una orden al microcontrolador para que libere el péndulo. La aplicación de Visual Basic espera a que ocurra el evento de recepción del puerto serie que se produce cuando el microcontrolador envía el resultado de la medición de la máquina. Cuando se produce el evento en el puerto serie, se guarda el dato enviado por el microcontrolador para realizar los cálculos de las energías. Los resultados son mostrados en el formulario para ser acumulados con otras cuatro pruebas, si el usuario lo desea puede ejecutar la orden desviación estándar y valor promedio para las pruebas que halla realizado. Una vez mostrados los resultados si el usuario lo desea puede imprimir el formulario
Figura 10. Diagrama de flujo de la aplicación.
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6.2 Alcances de la aplicación.
Esta aplicación permite al operario consignar en un formulario las características físicas de las probetas, escoger el tipo de prueba (Izod, Charpy ó Tracción Impacto), visualizar los resultados de energías de hasta 5 ensayos y calcular su desviación estándar y valor promedio, configurar el puerto al cual está conectada la máquina y la posibilidad de imprimir los resultados de las pruebas.
Figura 11. Aplicación en Visual Basic
7. CONCLUSIONES Se diseño un prototipo electrónico para la máquina Zwick 5102 cuyo desempeño mecánico y de control, cumple con los requerimientos mínimos exigidos por el ASTIN. Se gano experiencia en el desarrollo electrónico y de software de una aplicación real en la industria. Se adquirió conocimiento en las diferentes pruebas de laboratorio, que se realizan a los polímetros para identificar su resistencia física al impacto. Se llevo a la práctica algunos de los conocimientos adquiridos en el pregrado, en las
áreas de física, electrónica y programación. Se aprendió a trabajar en un diseño para satisfacer las necesidades se un cliente con parámetros específicos.
8. BIBLIOGRAFÍA [1] Jaramillo S. H., Ruiz C. A, 2003, “Análisis y simulación de la prueba de impacto tipo Charpy mediante elementos finitos” [2] Serway A. Raymond, 1992, “Física”, tercera Edición, Editorial Mc Graw Hill, México. [3] Manual de la máquina Zwick 5102, Zwick Roell, Alemania.
