“Congelamento Virtual do Tempo” Permite que Cientistas Inspecionem Dispositivos Giratórios
Crédito: Zibang Zhang, Universidade de Jinan na China
Cientistas criaram um sistema de imagens em tempo real capaz de capturar imagens estendidas de objetos em rotação rápida. O monitoramento contínuo de componentes como pás de turbinas ou motores a jato é vital para detectar danos precocemente, como rachaduras ou desgaste, ajudando a evitar falhas graves e minimizar a necessidade de manutenção.
“Obter imagens nítidas de objetos em rotação rápida é difícil devido ao desfoque e à granulação”, explicou Zibang Zhang, pesquisador da Universidade de Jinan, na China. “Câmeras de alta velocidade podem ajudar, mas são caras e inadequadas para uso a longo prazo. Nossa abordagem aborda isso praticamente congelando o tempo, aproveitando o movimento repetitivo do objeto.”
Em uma publicação na Optics Letters, os pesquisadores detalham seu novo sistema de imagens, que utiliza um detector de pixel único. Eles demonstram que ele pode capturar imagens de um objeto girando a aproximadamente 14.700 rotações por minuto (rpm).
“Este sistema pode identificar desgaste ou rachaduras que se desenvolvem ao longo do tempo em ferramentas de corte e retificação de metal de alta velocidade, sem a necessidade de parar as máquinas, aumentando a segurança e prolongando a vida útil do equipamento”, disse Zhang. “Olhando para o futuro, a tecnologia poderia se integrar em configurações de fabricação inteligentes, sistemas de manutenção de aeronaves ou até mesmo eletrodomésticos como motores de automóveis, liquidificadores, ventiladores, condicionadores de ar e discos rígidos, tornando esses dispositivos mais inteligentes e seguros.”
Parando o Tempo
Capturar imagens de objetos em rotação rápida é desafiador para os métodos tradicionais de imagem devido ao desfoque causado pela rotação. Reduzir o tempo de exposição ajuda a minimizar o desfoque, mas frequentemente cria imagens com ruído devido à captura de menos fótons. Câmeras de alta velocidade podem atender a esse propósito, mas continuam sendo muito caras e não podem operar por longos períodos.
Como parte de um projeto focado na criação de um sistema óptico para inspeções online de motores, os pesquisadores desenvolveram um novo sistema que aborda muitos dos desafios da geração de imagens de objetos em rotação rápida usando iluminação estruturada e detecção de pixel único.
A técnica projeta luz padronizada e mede variações de intensidade com um detector único, permitindo reconstruir imagens sem câmera tradicional. Detectores de pixel único, mais sensíveis e rápidos que sensores convencionais, são ideais para imagens de objetos em rotação rápida.
“A chave do método é a sincronização, que efetivamente congela o tempo mantendo o objeto-alvo estacionário em relação ao padrão projetado”, explicou Zhang. “Com a iluminação sincronizada, transformamos um desafio de imagem dinâmico em estático.”
Captura sincronizada
O sistema de imagem captura imagens nítidas de objetos em rotação, alinhando-se com seus movimentos repetitivos. Isso é semelhante a pintar um nascer do sol ao longo de vários dias: cada vez que o sol nasce, o artista pinta uma pequena parte da cena. Mesmo que o sol se mova continuamente, a imagem inteira pode ser capturada sincronizando o processo com o retorno diário do sol.
Crédito: Zibang Zhang, Universidade de Jinan na China
Gerando Imagens de um Objeto em Rotação
Para configurar a imagem, os pesquisadores usaram um projetor de alta velocidade — um dispositivo de microespelho digital com projeção de até 22.000 Hz — para iluminar o objeto em rotação com padrões. O detector de pixel único registra uma medição por padrão, e o projetor troca para o próximo após uma rotação completa do objeto.
Para sincronizar a projeção, os pesquisadores “ativaram um alarme” direcionando um laser para uma das pás do objeto em rotação, gerando pulsos retrodispersos. Quando os pulsos coincidem com o número de pás, o projetor troca os padrões, gerando imagens nítidas com um detector de pixel único.
Os pesquisadores mostraram que o sistema reconstrói imagens estáticas em tempo real de um modelo de motor a jato a 2.170 rpm e de uma ventoinha de CPU a 14.700 rpm. Os pesquisadores observaram que o método também permite obter imagens de objetos com velocidades de rotação instáveis, mesmo sem conhecimento prévio do objeto.
A equipe planeja melhorar a portabilidade do sistema e facilitar sua integração em motores de aeronaves reais no futuro.
Leia o Artigo Original Phys.Org
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