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.