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Importancia de la Metrología Dimensional en
la Industria de la Manufactura en México
Dr. Miguel Viliesid Alonso Director de Metrología Dimensional CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM
Instituto Nacional de Metrología,
Bogotá, Colombia
21016-10-27
De un país de autoconsumo a uno netamente exportador
1900 1929 1919 1946 1986 1994 A partir de 2000
1960 1990
Período de sustitución de importaciones Ingreso al mercado global de automóviles
Firma del TELCAN, 1992
Firma de otros tratados de libre comercio
Fundación de Fundidora Monterrey
Revolución Mexicana
1° G. Mundial
2° G. Mundial
Prohibición en los EU
Gran depresión
Primeras armadoras de autos
Aparece la Industria del
vidrio
Manufactura de bienes de
consumo
Industria aeronáutica
Rol de la industria automotriz y desarrollo de proveedores • Años 50’s, 60’s y 70’s: Sustitución de importaciones: Catalizó la vocación manufacturera del país.
• La industria automotriz se implantó a partir los años 60’s. Determinó un desarrollo industrial importante.
• A partir de los años 70’s, comenzó delegación de armadoras a proveedores independientes.
• Se generó un tejido industrial de plantas para producir partes y componentes de los vehículos. • Material eléctrico: cables y arneses eléctricos, faros y luces, motores eléctricos, alternadores y generadores, etc. ;
• Maquinados: ejes tractivos, pistones, juntas homocinéticas, balatas (tacos) de frenos;
• Troquelados (estampados) en lámina de acero: todo tipo de partes de carrocería: puertas, cofres etc.;
• Piezas de fundición en acero y en aleaciones de aluminio: monoblocs de motores de camiones y autos;
• Productos de piel: vestiduras de interiores de autos; c
• Productos de inyección de plástico: fascias, tablero de autos, manijas, botones, diversos soportes, etc.;
• Partes de hule: mangueras, soportes, sellos y juntas, topes, etc.;
• Componentes electrónicos: sensores, relevadores de estado sólido, sistema de encendido electrónico, sistema de control del motor (computadora). control de los distintos sistemas de confort del auto, ventanas ,seguros, etc.
• Se generó un tejido de OEM, Original Equipment Manufacturer.
Implantación de los Sistemas de Gestión de Calidad en el sector automotriz • Delegación de fabricación de partes a OEM, por lo tanto, exigencia de
calidad hacia OEM.
• Mercado globalizado: aún mayor exigencia de calidad hacia armadoras y proveedores de autopartes.
• Adopción de normas de Sistemas de Gestión de Calidad (SGC) en el sector automotriz
• Adopción de estándares específicos como ISO/TS16949:1999,basada en ISO 9001
• Emisión de otras normas derivadas como Measurement System Analisis, MSA.
Ventaja geográfica de México y beneficio de la globalización y el libre comercio para el sector automotriz
• Mayor mercado del mundo • Principal consumidor de autos
Rank Country Motor vehicles per
1000 people Notes
1 San Marino 1,263 2014[1]
2 Monaco 899 2014[1]
3 United States 797 2014[1]
4 Liechtenstein 750 2014[1][2]
5 Iceland 745 2014[1]
6 Luxembourg 739 2014[1]
7 Australia 736 2016[3]
8 New Zealand 712 2014[1]
9 Malta 693 2014[1]
10 Italy 679 2014[1]
11 Guam 677 2014[4]
12 Canada 662 2014[1]
13 Greece 624 2010[1]
14 Finland 612 2011[1]
15 Spain 593 2014[1]
16 Japan 591 2014[1]
Importancia de otros sectores manufactureros
• Fundición de hierro y producción de acero
• Industria del vidrio
• Motocicletas
• Bicicletas
• Electrodomésticos
Conglomerado de la industria automotriz entre Estados Unidos y Méxcio
• Los países producen en forma indistinta vehículos en los tres países del TLCAN
• No solo intercambian vehículos terminados, sino también autopartes.
• El 60 % de las autopartes producidas van para armadoras en eU o Canadá.
Importancia de la Metrología Dimensional en la calidad de los productos manufacturados
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Importancia de la Metrología Dimensional en la calidad de los productos manufacturados
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Dimensión de partes: características inherentes de su calidad.
La mayor parte de estas mediciones se hace mediante CMMs.
Calibración*, control metrológico y buen uso de las CMMs no es trivial.
Importancia de la Metrología Dimensional en la calidad de los productos manufacturados
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Importancia de la Metrología Dimensional en la calidad de los productos manufacturados
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• Calibración de patrones y artefactos para calibración de CMMs.
• Calibración* de CMMs in-situ.
• Medición de escantillones (gauges) y fijaciones (fixtures).
• Identificación de problemas de medición y establecimiento de estrategias de medición.
• Medición de pieza-producto de geometría compleja.
• Mediciones de tercera parte.
• Evaluación para la acreditación de laboratorios en el área de CMM.
• Curso de: • Calibración de CMMs;
• Buenas prácticas en medición de coordenadas; y
• Tolerancias dimensionales y geométricas.
• Asesoría
• Entrenamiento en laboratorio.
Servicios ofrecidos actualmente
Nuevas fronteras en la industria de la manufactura: tolerancias cada vez más cerradas Tolerancias absolutas y relativas de ejemplos en metrología dimensional en la manufactura de partes de alta precisión, según diferentes técnicas desde el estampado mecánico, corte con punta fina de diamante, litografía de rayos X y epitaxia de haces moleculares combinado con microscopía de tuneleo.
Partes de alta
precisión
Técnica de
manufactura
Característica
geométrica
Dimensión
D
Tolerancia T Relación T/D
Puertas automóvil Estampado Tamaño de la
hoja/posición 1m 1mm 1000 ppm
Pistón automóvil Torno mecánico de
precisión
Cilindricidad del
pistón 100 mm 7-8 μm 75 ppm
Cabezas magnéticas
lect/escritura
Corte al diamante Posicionamien to del
cortador 125 mm 2,5 μm 20 ppm
Fibras ópticas
(telecom.)
Realización de los
extrusores
Diámetro de la fibra < 125 μm < 0,2 μm < 0,16%
Circuitos integrados Litografía de rayos X Separación entre
líneas del dispositivo 0,5 μm 50 nm 10%
Dispositivos cuánticos
(láseres de pozo
cuántico, etc.)
Epitaxia por haces
moleculares asistido
con STM/otros
Tamaño del
dispositivo 0,01 μm 0,5 nm 5%
Según Dennis A. Swyt, NIST, 1992
• Se han desarrollado nuevas tecnologías de medición dimensional de partes manufacturadas.
• Estas nuevas tecnologías requieren de la caracterización, calibración y soporte metrológico del CENAM.
• Para ello es necesario que el CENAM incursione en esas nuevas tecnologías y desarrolle el expertise necesario.
Nuevas tecnologías para medir
Algunas nuevas tecnologías para mediciones industriales
CMM óptica
Microscopía Confocal
Laser Tracker multi-lateration
i-GPS
Microscopio de Fuerza Atómica
Macro metrología
sin contacto Nano
metrología
Medición por Coordenadas sin contacto
Sensores láser 3D para CMM
Fotogrametría
Medición de Rugosidad
Topometría
Rugosidad en 3D
Brazos articulados de medición
laser tracker y distanciómetros tracker
CMM por Multilateración
X
X
Q3
X X Q1 Q2
P
r1 r2
r3
La distancia del punto Pi al punto definido Qj , rij estará dada por: rij
2 = (xi - uj )2 + (yi - vj)
2 (zi - wj )2
La distancia rij se mide por algún medio.
Hasta ahora se ha utilizado sistemas láser tracker en metrología dimensional para hacer multilateración.
Las mediciones de distancia se hacen por interferometría heterodina.
Mínimo 3 puntos Qj para que el sistema esté determinado (trilateración)
10 m en 10 m
La multilateración se puede utilizar para calibrar CMMs. Para hacer mediciones directamente
Cabezales de medición sin contacto o con “escaneo” láser
CMM ópticas
Cabezales Láser de “escaneo”
Cabezal óptico Para CMM
Fotogrametría
Fotogrametría con instrumentos portátiles
Topometría
Sistemas de Coordenadas por triangulación
• Metrología de Coordenadas por Radar Láser Coherente de Frecuencia Modulada (FMCLR).- Se trata de medición por radar mediante un haz láser infrarrojo. Esta técnica no requiere de sensor ni palpador.
Metrología de Coordenadas por iGPS (Indoor GPS).- Se trata de una muy reciente tecnología que determina la posición mediante un sistema de “satélites de interiores” que constituyen la “constelación” del GPS y los receptores para hacer la medición.
Intervalo: 1-60 m Exactitud (2 ): 16 m @ 1 m; 100 m @ 10 m
Intervalo: 0-40 m Exactitud: 50 m
• Metrología de Coordenadas por Radar Láser Coherente de Frecuencia Modulada (FMCLR).- Se trata de medición por radar mediante un haz láser infrarrojo. Esta técnica no requiere de sensor ni palpador.
Metrología de Coordenadas por iGPS (Indoor GPS).- Se trata de una muy reciente tecnología que determina la posición mediante un sistema de “satélites de interiores” que constituyen la “constelación” del GPS y los receptores para hacer la medición.
Cylinder Sensor
Accuracy: <0.050mm
Size: 51x19x19mm Weight: 76.5g
Intervalo: 0-40 m Exactitud: 50 m
Intervalo: 1-60 m Exactitud (2 ): 16 m @ 1 m; 100 m @ 10 m
Microscopio de Fuerza Atómica
Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos 200 µm de longitud.
Principio de Funcionamiento.- El Microscopio de Fuerza atómica (AFM, de sus siglas en inglés) es un instrumento mecánico-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los pico-newton.
Diagrama
Aplicaciones posibles
• Medición de micro identadores para dureza.
• Medición de palpadores muy pequeños.
• Calibración de retículas y otros patrones microscópicos con trazabilidad directa.
• Calibración de nano-escalones de 1 nm a 50 nm para la industria electrónica.
• Calibración de patrones de rugosidad.
• Mediciones de acabado superficial en 3-D.
• Y muchas más!
Aspecto de un AFM (METAS)
Mediciones Geodésicas
• Base Geodésica.- Simplemente consiste de varios puntos fijos de referencia definidos por mojoneras colocados en el terreno del CENAM a distancias de entre 20 m y 2 km que puedan ser medidos por varias técnicas (interferometría láser, distanciómetro, teodolito, GPS, etc.)
Mojoneras
GPS para Topografía y Geodesia
Tetzzyyxxd 22
22
22
22 )()()(
Tetzzyyxxd 12
12
12
11 )()()(
Tetzzyyxxd 32
32
32
33 )()()(
Tetzzyyxxd 42
42
42
44 )()()(d1
d2
d3 d4
Incógnitas
Requerimientos de Calibración de nuevos instrumentos, reto para los Institutos Nacionales de metrología
• Artefactos para calibración por contacto
• Artefactos para calibración sin contacto
Otras responsabilidades de la Dirección de Metrología Dimensional del CENAM como NMI
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• Establecer, mantener, validar y mejorar los patrones nacionales de las diversas magnitudes.
• Diseminar las unidades de dichas magnitudes mediante servicios de calibración de alto nivel.
• Ofrecer trazabilidad a las calibraciones y mediciones que se efectúan en México.
• Apoyar a las autoridades nacionales de todos los niveles en el área de metrología.
• Ofrecer los servicios de alto nivel en el área de metrología que la sociedad requiera: • Calibraciones
• Entrenamiento
• Cursos
Asesorías
Desarrollos
Tercerías
Otros…
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Ensayos de aptitud
• CCL-K6 Calibration of Coordinate Measuring Machine (CMM) Two-dimensional (2-D) Artifacts (Ball Plates & Bore Plates)
Laboratory 12
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0 100 200 300 400 500 600
(mm)
(um
)
CENAM
Valor de referencia
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Hacia donde vamos… • Adquirir instrumentos de nuevas tecnologías como:
• CMM no cartesianas (brazos de medición)
• Sistemas de medición por imágenes
• Láser Scanner
• Topometría
• Fotogrametría
• Desarrollar innovaciones en las nuevas tecnologías anteriores nuevas así como incursionar en otras: • CMM por multilateración tracker
• Metrología de coordenadas por radar
• Metrología de coordenadas por iGPS (Indoor GPS)
• Con todo esto, ofrecer nuevos servicios a nuestros clientes, siempre de excelencia y en el estado del arte de los avances tecnológicos.
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Conclusión • Dos políticas contradictorias
• La sustitución de importaciones
• El posterior ingreso al mercado mundial globalizado
• Lograron el desarrollo del tejido manufacturero de México.
• La industria automotriz jugó un rol importantísimo en este aspecto.
• La metrología es fundamental en la industria de la manufactura, en particular en la metal-mecánica de precisión, automotriz y aeronáutica.
• El CENAM juega un rol fundamental en dar trazabilidad y difundir las buenas prácticas metrológicas en las industrias mencionadas.
• El beneficio económico es mantener e incrementar la producción de estos bienes y haberse convertido en un exportador neto de los mismos.