Medición con interferómetro: vibración, temperatura y las demás variables

Respuesta directa: un equipo con resolución vertical por debajo de 0,2 nm instalado en el suelo de una nave y el mismo equipo sobre una mesa aislada no dan los mismos resultados. La diferencia no está en la óptica sino en el entorno, y a esa escala el entorno no es un factor de mejora: es una condición previa.

La razón es aritmética. Si la resolución es de fracciones de nanómetro y la vibración del suelo es de micras, la perturbación es miles de veces mayor que la magnitud que se quiere medir. Ningún procesamiento posterior recupera esa diferencia.

Por eso el aislamiento no es un accesorio del interferómetro PMS-WLI100 sino parte de la especificación práctica: la resolución vertical declarada solo se alcanza cuando la vibración queda por debajo de ella.

Por qué la vibración afecta tanto

La medición requiere un barrido fino en Z con captura de imágenes de interferencia durante el recorrido. Si la distancia relativa entre la muestra y el objetivo cambia mientras se barre, la posición del máximo de franjas se desplaza y el mapa de alturas sale con la huella de la vibración.

Conviene distinguir el origen, porque el tratamiento es distinto en cada caso. Primero, la vibración que llega por el suelo: prensas, compresores, carretillas, muelles de carga. Segundo, la que genera el propio equipo: ventiladores, mecanismos de movimiento. Tercero, los impactos de personas caminando cerca.

Hay un método sencillo para separar el suelo del resto: medir la misma pieza en dos franjas horarias, con la línea en marcha y con la línea parada, y comparar la dispersión. La diferencia entre las dos indica la contribución del suelo. La decisión se toma con el resultado, no con la sensación de que «se nota vibración».

Dónde se aplica el aislamiento

Lo más eficaz es actuar a la vez en el origen y en el camino. El equipo debe apoyarse en una mesa o base aislada, no compartir solera con una prensa, un compresor o el pasillo de carretillas. Durante la medida hay que reducir el tránsito de personas y el arranque y parada de equipos vecinos. Los sistemas de aislamiento neumático necesitan alimentación de aire estable, y conviene comprobarla periódicamente.

La forma directa de saber si el aislamiento basta no es leer especificaciones sino medir: tomar una muestra inmóvil y repetir la adquisición varias veces seguidas, observando la dispersión. Ese mismo ensayo entrega el dato más valioso de todo el montaje, la repetibilidad real del entorno, que representa mucho mejor lo que se obtendrá cada día que la resolución de la ficha.

Esa repetibilidad medida sirve además como referencia para fijar los límites internos de aceptación. Y conviene repetir el ensayo después de mover el equipo o de modificar el suelo, porque la instalación cambia sin avisar.

Temperatura y corrientes de aire

La temperatura actúa por dos vías. La primera es la dilatación de los componentes, que modifica caminos ópticos y posiciones relativas. La segunda es el índice de refracción del aire, que cambia con la temperatura y la humedad. Las dos se traducen en deriva.

Por eso el equipo debe estar lejos de rejillas de aire acondicionado, puertas y luz solar directa, y en las mismas condiciones de temperatura que el resto de la sala. El chorro directo de un aire acondicionado es el factor más ignorado y uno de los que más deriva provoca.

Cuando sea posible, conviene separar un cuarto de medida y reorientar la rejilla para que no sople sobre el equipo. Esas dos intervenciones suelen costar mucho menos que cambiar de instrumento. Si no hay sala disponible, al menos hay que evitar puertas, pasillos y la vertical de equipos grandes, y programar las medidas en las franjas de menor actividad.

Un registrador de temperatura junto al equipo, con los datos archivados junto a los resultados, permite explicar meses después una deriva que de otro modo se atribuiría al instrumento.

Sujeción y limpieza

La sujeción tiene que resolver dos cosas. La primera es la rigidez: la muestra no puede moverse nada durante el barrido. La segunda es la nivelación: una inclinación global añade un término de forma al mapa que hay que corregir en el análisis, y si no se corrige, el resultado depende de dónde se tomen las referencias.

La limpieza es igual de determinante. Una huella, una película de aceite o una partícula de polvo son adherencias de escala micrométrica o nanométrica que aparecen en el mapa de alturas como si fueran relieve de la pieza. Hay que limpiar según procedimiento y evitar el contacto con la mano desnuda en la cara medida.

Hay un matiz importante: el propio paño puede dejar marcas en materiales blandos. El método de limpieza debe elegirse por material y quedar escrito en la instrucción de trabajo, junto con el uso de guantes y pinzas dedicadas. La sujeción también debe estar escrita: cambiar de utillaje cambia la reproducibilidad.

La imagen de referencia como control diario

Una práctica que resuelve la mayoría de las dudas: guardar una imagen de referencia por cada tipo de pieza crítica y volver a medirla periódicamente, en las mismas condiciones y con los mismos parámetros, comparando con la original.

Cuando aparece una desviación sistemática, el orden de investigación debe ser entorno, sujeción y limpieza, y solo después el equipo. En la práctica, la mayor parte de los avisos de «el equipo mide mal» terminan en un cambio de ambiente o de estado de la muestra.

La imagen de referencia tiene un segundo uso: después de mover el equipo, de una reparación o de una parada larga, confirma en minutos si el estado volvió al nivel anterior. Conviene guardarla por tipo de pieza y anotar las condiciones ambientales del momento, para poder distinguir después si el cambio vino de la muestra o del entorno.

El marco general de la técnica está en interferómetro de luz blanca: qué mide; la lectura de los indicadores, en resolución vertical.

Una configuración que casi nunca se revisa

El objetivo. Además de definir campo y resolución lateral, determina la distancia de trabajo y por tanto la sensibilidad a la vibración y a la corriente de aire. Un objetivo de gran aumento suele trabajar muy cerca de la muestra, lo que reduce la palanca de la vibración pero también el espacio disponible para la sujeción.

Y hay una consecuencia que se pasa por alto: al cambiar de objetivo cambia la resolución lateral y, con ella, el valor de rugosidad obtenido sobre la misma superficie. Por eso el aumento debe figurar en el informe junto con el resto de condiciones, como se explica en rugosidad: cómo leer Ra, Rz, Sa y Sz.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la misma pieza da resultados distintos en dos sitios de la planta?

Porque el entorno es distinto. La vibración del suelo, la corriente de aire y la estabilidad térmica cambian de un sitio a otro, y a escala nanométrica esas diferencias se ven directamente en el mapa de alturas. Antes de revisar el equipo conviene repetir la medida en ambos sitios con la misma muestra y el mismo procedimiento.

¿La mesa de aislamiento es imprescindible?

Depende de lo que haya en el suelo y de la tolerancia que se exija. La forma de decidirlo es medir: repetir varias adquisiciones sobre una muestra inmóvil y observar la dispersión. Si la dispersión ya consume una parte importante de la tolerancia, el aislamiento deja de ser opcional.

¿Realmente influye un chorro de aire acondicionado?

Sí, por dos caminos: cambia la temperatura de los componentes y cambia el índice de refracción del aire en el camino óptico. Los dos producen deriva. Es uno de los factores que más se ignoran y uno de los más fáciles de corregir reorientando la rejilla.

¿Cuánto afecta una huella en la muestra?

Lo suficiente para invalidar una medida de rugosidad. Una película de grasa tiene espesor de escala micrométrica y una huella deja relieve y residuo, ambos visibles en el mapa de alturas como si fueran textura. En superficies muy lisas, cualquier contaminación domina el resultado.

¿Por qué hay que corregir la inclinación al analizar?

Porque el mapa de alturas incluye la orientación global de la muestra. Sin corrección, un plano inclinado se suma al relieve real y los parámetros calculados dependen de la zona elegida. La corrección de inclinación es parte del procedimiento de análisis, no un ajuste opcional.