DIRECTO DIRECTOR GENERALRIO Dr. Elder de la Rosa Cruz [email protected] DIRECTOR DE INVESTIGACIÓN Dr. Gabriel Ramos Ortiz [email protected] DIRECTOR DE FORMACIÓN ACADÉMICA Dr. Luis Armando Díaz Torres [email protected] DIRECTOR DE TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN Dr. Gonzalo Páez Padilla [email protected] DIRECTOR ADMINISTRATIVO Lic. Silvia Elizabeth Mendoza Camarena [email protected]
Loma del Bosque 115 Col. Lomas del Campestre C.P. 37150 León, Guanajuato, México Tel. (52) 477-441-42-00 www.cio.mxPERSONAL · NOTICIOEditor AdministrativoElder de La Rosa.Editores CientíficosVicente Aboites, Mauricio Flores, Alfredo Campos.Reportajes y EntrevistasEleonor León.Diseño EditorialLucero Alvarado.ColaboracionesMartín Ortíz, Daniel May, Juan Manuel Bujdud, Cuauhtémoc Nieto,Luis Manuel Arredondo, José de la Luz Hurtado, Bernardino Barrientos,Enrique Castro, Carlos Pérez, David Monzón, Fernando Martell,Enrique Noe Arias, Óscar Gutiérrez.
EDITO- ELDER DE LA ROSA Estimados lectores, es una satisfacción presentarles el número de cierre de 2017 de nuestro NotiCIO, que refleja de manera robusta nuestra fortaleza humana e in- fraestructural en temas que atienden las necesidades de manufactura y sistemas de calidad. En ciencia, tecnología e innovación, particularmente en la óptica y la fo- tónica, los cambios son vertiginosos. Para competir a nivel global y mantener un liderazgo nacional como institución, sabemos que es básico aprender a sumar capacidades y conocimientos. En los últimos cinco años, fortalecimos nuestro posicionamiento gracias al trabajo colaborativo, interdisciplinario y complemen- tario, para desarrollar trabajo en equipo alrededor de proyectos estratégicos que abonaron al quehacer científico-tecnológico de México, y con ello a la economía del país. Esta edición contiene un panorama detallado sobre nuestros casos exito- sos con empresas líderes en el mercado, en cuanto la evaluación y perfecciona- miento de producciones en línea; así como una muestra de los laboratorios, equi- pamiento y personal especializado que dan solución a problemáticas del sector industrial: desde servicios de colorimetría y metrología, hasta desarrollos con fibras ópticas, láseres y terahertz; así como las fabricaciones de componentes óp- ticas y nuestro liderazgo en uno de los consorcios más importantes para el sector automotriz (CITTAA). Nuestros colaboradores han construido una importante recapitulación so- bre el presente y futuro del sector industrial y nos muestran en sus artículos cómo es el que nuestro Centro embona y se suma a las nuevas tecnologías y tendencias, tal es el caso de la Industria 4.0, para conducirnos por una economía basada en el conocimiento gracias a las disciplinas que hemos adoptado, pero principalmente al robustecimiento de la plantilla de investigadores que integra al CIO.
Nuestro accionar, no es un caso aislado. Respondemos a las políticas públicas quedesde CONACYT se han venido promoviendo a fin de consolidar un sistema deciencia y tecnología que fortalezca al país. Es un trabajo que apenas comienza,pero gracias a la transversalidad de la óptica y fotónica sabemos de la gran opor-tunidad al incidir como nunca en el desarrollo económico nacional y de hacer deesta área del conocimiento, una industria por sí misma. Espero que tanto ustedes como el cuerpo editorial de la revista, disfrutende nuestro número final. Aprovecho para enviarles un cálido saludo, así como mismás sinceros deseos para que ustedes y sus familias pasen unas lindas fiestas defin de año y que el 2018 esté lleno de éxitos. Dr. Elder de la Rosa Cruz Director General Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.RIAL
NOTICIO INDICEEn el CIO realizamos investigación básica, tecnológicay aplicada que incrementa nuestro conocimientoy nos permite resolver problemas tecnológicos yaplicados vinculados con la óptica. En particular enlas áreas de: pruebas no destructivas, holografíay materiales fotosensibles, visión computacional einteligencia artificial, óptica médica, instrumentación,infrarrojo, materiales fotónicos inorgánicos y orgánicos,nanomateriales, láseres y aplicaciones, espectroscopía,fibras ópticas, sensores, opto-electrónica, cristalesfotónicos, comunicaciones y dinámica de sistemascomplejos. Este trabajo se realiza por investigadoresdel CIO o en colaboración con empresas e institucionesacadémicas nacionales y extranjeras. NotiCIO es unapublicación trimestral que tiene como objetivo dar aconocer a una audiencia amplia los logros científicosy tecnológicos del CIO para ayudar a que éstos seancomprendidos y apreciados por su valor para losciudadanos, para nuestro país y para el mundo. ElCIO pertenece al Sistema de Centros Públicos deInvestigación Conacyt del Gobierno Federal. Mayorinformación sobre el CIO puede obtenerse en el sitiowww.cio.mxCIOmx Centro de Investigaciones @CIOmx en Optica A.C.
C O N T E N I D O N o. Q U I N C E 2O17EDITORIAL 4 Dr. Elder de la Rosa. 11 Soluciones láser para la industria: 51 Mediciones dimensionales de alta exactitud Capacidades manufactureras del CIO utilizando luz láser17 El CITTAA en el contexto de la 56 Medición del índice de refracción de manufactura avanzada líquidos usando fibra óptica 61 Automatización robótica y visión artificial Control de Calidad en la Industria en la industria 4.022 Manufacturera Laboratorio de Fotometría 69 Laboratorios acreditados del CIO, y Radiometría del CIO metrología26 Colorimetría industrial 72 Manufactura óptica lentes y espejos de forma libre Componentes asféricas ¿Qué son? 80 Vinculación CIO con Industrias32 ¿Por qué son tan importantes? SCALINI S.A. de C.V. ¿Cómo se fabrican?40 Laboratorios y talleres de manufactura óptica44 Colaboración con la empresa MABE 85 Lista de publicaciones recientes48 Tecnología terahertz en el sector cuero-calzado 7 NC
ARTÍCULO 10
soluciones láserpara la industria: Capacidades manufactureras del CIO MARTÍN ORTÍZEl Laboratorio de Aplicaciones Láser, nació rios finales: industria, academia y público en gene- ral. La primera es la actividad didáctica (divulga-como parte del proyecto para la creación de la Uni- ción), que está dada por el carácter institucional. Ladad Aguascalientes del Centro de Investigaciones segunda se refiere a la investigación científica paraen Óptica (CIO). En éste se realizan actividades de el desarrollo de nuevas aplicaciones que involucreninvestigación aplicada, desarrollo tecnológico, for- el láser. Y la tercera se refiere a los servicios indus-mación de recursos humanos y divulgación de la triales mediante el desarrollo de nuevos dispositi-ciencia en temas relacionados con la interacción vos láser para su aplicación en procesos industrialesde la luz láser con la materia. Como parte de las como marcado, corte y limpieza, ver Figuras 2 y 3. Cuenta con equipos y sistemas láser para lamismas, se apoya a las empresas que requieran el realización de pruebas de concepto para determi-uso de un láser o un sistema láser para aplicacio- nar la factibilidad al proponer una solución a unnes específicas como medición, corte, marcado, problema específico. Como consecuencia el clien-grabado, etc. o tengan la necesidad de capacitar a te recibe una muestra o medición física para quesu personal en el uso de estos sistemas así como pueda determinar si la solución propuesta cumpleen la seguridad para el manejo de los mismos. El laboratorio tiene tres responsabilidades con el requerimiento esperado.principales, encaminadas a la atención de los usua- 11 NC
ARTÍCULOAlgunos de estos equipos son láseres de CO2; láser (grabado, oxidación, eliminación de recubrimien-de fibra, láseres de He-Ne, láser de Argón y diodos to, limpieza), barrenado, corte, soldadura. II) Plás-láser. También contamos con equipos y materia- ticos: marcado (cambio de color, grabado, realce),les requeridos para la manipulación del haz láser corte, soldadura, barrenado, conversión (recocido,como cabezales galvanométricos, mesa de movi- ablandamiento, curado, pulido). III) Vidrio: marca-miento X-Y, divisores y expansores de haz, lentes do, barrenado, grabado 3D. IV) Cerámicas y com-F-theta, lentes de enfoque, fuentes de poder, mo- puestos: marcado, corte y barrenado.duladores, etc., El laboratorio también cuenta con Desde que el laboratorio comenzó a ope-un microscopio y un software para visualización rar se tienen casos de éxito. Algunos ejemplosde imágenes de los materiales procesados. son los siguientes: I) Dispositivo para la detec- La aplicación específica depende del tipo ción de “taper face”, (con una solicitud de paten-de material. Por ejemplo: I) metales: marcado te). II) Detector láser para desviaciones angula-a) b)Figura 1. a) Sistema Láser ya modificado y desarrollado por la empresa Augen, b) Dispositivo para marcado de cuero con pelo y salado. 12
res pequeñas, PA/a/2001/008265 y una patente Desarrollos recientes estás relacionados con la in-otorgada para otro desarrollo: III) Dispositivo teracción de láser en infrarrojo para la generaciónláser para medición de aperturas muy peque- de óxidos metálicos, modificación de la estructurañas en piezas mecánicas, GT/a/2003/000016”. cristalina en muestras de carbón, TiO2, algunosOtros proyectos que se han desarrollado son: metales y óxidos metálicos en polvo para aplica-contador de anillos, grabador laser para lentes ciones de fotocatálisis.de policarbonato, del cual se realizó también latransferencia de tecnología (Figura 1a); graba- No todas las soluciones que se pudierandor láser para piezas de museo; dispositivo laser presentar para un problema son obvias, por lopara marcado de piel “wet-blue” y dispositivo general se trabaja en la realización de pruebas deláser para marcado de cuero con pelo y salado(Figura 1b) entre otros. concepto para poder entregar una propuesta que cumpla con las expectativas y requisitos tanto del material como del proceso.a) b) c)d) e) f)Figura 2. Marcado láser en diferentes materiales, a) Piel, b) Hueso, c) Madera, d) Aluminio anodizado negro, e) Acero Inoxidable, NCf) Cerámica 13
ARTÍCULOa) b) c)Figura 3. Aplicaciones de limpieza a) Lámina negra con óxido, b) Lámina negra varios grados de limpieza, c) Lámina negra limpia. 14
ARTÍCULO 16
el cittaa en el contexto de la manufactura avanzada DANIEL MAYConforme nos adentramos en el siglo XXI la industria ha tenidoque encarar mercados que cambian muy rápido y en algunos casosde forma impredecible. Lo anterior ha sido impulsado por el incre-mento en la competencia y la globalización del mercado. Para man-tener su competitividad, las empresas deben implementar sistemasde manufactura que operen con alta productividad pero que a la vez,permitan tener una rápida respuesta a las presiones del mercadoy los cambios en las necesidades del consumidor. Lo anterior se halogrado incorporando diferentes tecnologías en los procesos de ma-nufactura, dando como resultado la Manufactura Avanzada. La Manufactura Avanzada incluye entonces métodos versá-tiles de producción para utilizar las capacidades de fabricación almáximo y de una forma eficiente y efectiva, así como tener la capaci-dad de adaptarse a las constantes variaciones en los requerimientosde fabricación y la producción en masa sin tener que realizar unainversión tan grande. La Manufactura Avanzada integra un amplioconjunto de tecnologías habilitadoras, procesos y prácticas que lasempresas de diferentes sectores industriales pueden adoptar paramejorar su productividad y competitividad. 17 NC
Algunos ejemplos de procesos y tecnologías en que conecta automatización y robótica, computo enmanufactura avanzada incluyen, por mencionarlos más importantes: la nube, y la integración de sistemas/software para• Manufactura aditiva/Impresión 3D: Alternativadigital a la tradicional manufactura substractiva crear fábricas inteligentes.en la que no solamente se reduce el desperdicio dematerial, sino que permite el diseño de prototipos • Nanotecnología: Ingeniería y tecnología desarro-rápidos así como la reparación de componentes cos-tosos y en sitio. llada en nanoescala para desarrollar productos con• Materiales avanzados: Se refiere al uso de mate-riales novedosos, por ejemplo como fibras de carbón propiedades específicas, como son drogas con blan-y grafeno, que permiten obtener materiales másfuertes, ligeros y más resistentes. En particular para cos específicos y mejora de materiales con aplicacio-la industria automotriz esta es una de las tenden-cias tecnológicas en el diseño de nuevos vehículos. nes diversas.• Industria 4.0: La 4ª ola de la revolución industrial El Centro de Innovación y Transferencia Tecnológica del Estado de Aguascalientes para el Sector Automotriz (CITTAA) es un consorcio integrado por 12 Centros Públicos de Investiga- ción (CPI’s) los cuales unen sus recursos huma- nos y de infraestructura, para brindar servicios especializados, capacitación y desarrollos tec- nológicos a empresas del sector automotriz, au- 18
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ARTÍCULOtopartes, eléctrica, materiales, entre otros. Las socios capacidades en las áreas de desarrollo deinstalaciones del CITTAA estarán ubicadas en la maquinaria especializada, sistemas para el con-Ciudad de Aguascalientes, donde se está presen- trol de calidad, automatización y control, desa-tando un gran desarrollo en la industria de los rrollo de materiales, tecnologías de información,sectores mencionados. etc. Además se cuenta con laboratorios acredi-Considerando las necesidades que enfrentan di- tados donde se pueden realizar servicios de me- trología en diferentes magnitudes como: fuerza,versas empresas del país para incorporar proce- dimensional, color, temperatura, masa, eléctrica,sos de manufactura avanzada, el CITTAA se pre-senta como un aliado al incorporar a través de sus entre otras. 20
Es importante destacar que próximamente las ins-talaciones sede en Aguascalientes contarán conáreas para atender necesidades en pruebas de ma-teriales, electrónica, visión, control y robótica. Conbase en lo anterior, el CITTAA representa una ven-tana de oportunidad para empresas de diferentesniveles que buscan mejorar su competitividad ypoder mantenerse y/o integrarse en la cadena deproveeduría de diferentes sectores. 21 NC
ARTÍCULOControl de Calidad en la Industria ManufactureraLaboratorio de FotometríaydReadliomcetiroíaJUAN MANUEL BUJDUDEl Laboratorio de Fotometría y Radiometría (LFyR) del Centro deInvestigaciones en Óptica, (CIO) Unidad Aguascalientes, se creó enel año 2016 para fortalecer la infraestructura del Centro y así pro-veer a sectores industriales, tales como automotriz y autopartes,aeroespacial, iluminación, señalización vial, textiles, agroindustria,cuero-calzado, electrónica, robótica, entre otros, con tecnología yservicios especializados que permitan atender sus necesidades, eimpulsar su desarrollo y capacidad de innovación El LFyR actualmente cuenta con dos laboratorios y un túnelfotométrico de 40 metros de longitud. El equipamiento del LFyR estáconstituido por: dos goniofotómetros, un sistema fotométrico conesfera integradora de 1 metro de diámetro, una cámara fotométrica(colorímetro de imagen) de alta sensibilidad, tres retrorreflectóme-tros portátiles, radiómetro UV-Vis, medidor de iradiancia espectral yespectrómetros UV-Vis. 22
Dentro de las capacidades técnicas de medición del Las principales actividades que se han venido rea-LFyR, está el desarrollo e implementación de nue- lizando en el LFyR son servicios de medición a di- ferentes empresas para el control de calidad y/ovas metodologías de medición, así como, la oferta la caracterización fotométrica y colorimétrica de sus productos, tales como: materiales retrorrefle-de una cartera de servicios de medición especia- jantes, caracterización fotométrica de fuentes delizados, de consultoría, asesoría y capacitación, luz LED y luminarias de vialidades, señalamientosmismos que pueden ser diseñados de acuerdo a de seguridad y materiales fotoluminiscentes, lu-las necesidades del sector productivo. Lo anterior, minarias automotrices como luces de stop, cuar-contribuye al desarrollo de recursos humanos enla materia, favoreciendo la mejora de la calidad de tos, intermitentes, calaveras y faros de niebla; así mismo, se han impartido cursos de capacitación alos procesos, servicios y productos de la industria la medida. Por otra parte, hacia el interior del CIO,manufacturera. Por otra parte, mediante estas ca- se han estado caracterizando nuevos materialespacidades se está potenciando el desarrollo cien- (fósforos) para el desarrollo de fuentes de ilumi-tífico que realiza el personal del CIO, además de nación de luz LED blanca y materiales fotoluminis-estar abonando a la divulgación y difusión de laciencia en estas áreas del conocimiento. 23 NC
ARTÍCULOcentes; además de esto, se han visto beneficiados ñalamientos viales, materiales fotoluminiscentes,los programas de posgrado del Centro mediante el pantallas publicitarias, etc.uso de los equipos de este laboratorio. Como ocu-rre con todos los resultados del CIO, se busca una • Evaluación de sistemas de iluminación en espa-sensibilización sobre la ciencia y tecnología en la cios de trabajo y de servicios, vialidades, inverna-sociedad, por lo que se realizan visitas académicas deros, etc.e industriales. La oferta de servicios que tiene elLFyR a la fecha es: • Caracterización colorimétrica y fotométrica de• Caracterización colorimétrica, fotométrica y ra- luminarias automotrices (faros, luces de stop, inter-diométrica de lámparas y luminarias para ilumina- mitentes, reversa, trasera, niebla, etc.)ción (LED, incandescentes, fluorescentes, UV, etc.) • Caracterización de materiales retrorreflejantes• Mediciones de luminancia y color en: paneles de como señalamientos viales, textiles, pinturas, retro-instrumentos y guías de luz, electrodomésticos, se- rreflectores automotrices, etc. 24
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COLORIMETRÍAINDUSTRIALCUAUHTÉMOC NIETO 26
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ARTÍCULOEl color es una sensación “subjetiva” experimen- producto, lo que realmente evaluamos es la apa-tada por un observador, es la reacción a un estí-mulo físico. Para que exista color debe haber tres riencia de color, de ahí las frases como: “lo veo rojoelementos: una fuente de iluminación, un objeto subido”, “tiene un color muy vivo”, “se me figuracoloreado y un observador. La colorimetría es la como el de ayer pero con menos fuerza”; frases co-ciencia que estudia la evaluación y cuantificacióndel color, en el humano se refiere a la percepción loquiales muy comunes en las industrias donde lafísica del color (evaluación visual), mientras queinstrumentalmente nos referimos a la cuantifica- característica “color” es un control de calidad. Pre-ción o medición de color utilizando un instrumentode medición llamado espectrocolorímetro (evalua- cisamente para eliminar estas frases coloquiales,ción instrumental). Al ser el color una sensación subjetiva y su la colorimetría ha definido los atributos del color: Tono/Tonalidad (rojo, verde, amarillo, etc.), Satu-interpretación estar en función de la iluminación, ración/Crominancia (cromaticidad) y Claridad/Va- lor (qué tan claro u obscuro es un tono).material, formas, acabado y presentación de un La CIE (Comission Internationale de l´Eclai- rage) nombre francés de la Comisión Internacional de la Iluminación, desde 1931 ha desarrollado di- ferentes sistemas para la cuantificación y especifi- 28
cación de estímulos cromáticos en función de: valores triestímulos (X, Y y Z), un observador estándar ydiferentes fuentes de iluminación. El principal y en el cual se basa toda la colorimetría instrumental es elllamado Diagrama de Cromaticidad que se muestra en la figura siguiente: Figura 1. Diagrama de Cromaticidad x, y.En él se representa el color en coordenadas x, y de un objeto con independencia de su Claridad. Posterior-mente la CIE desarrolló el sistema CIEL*a*b* que representa los atributos del color de forma tridimensio-nal: Tono, Saturación y Claridad como se muestra en la figura:Figura 2. Diagramas CIEL*a*b*. NC 29
ARTÍCULOLa colorimetría instrumental se ha utilizado en la frontera entre ve, o no ve diferencias de color ella industria textil, de la piel, plástico, papel, artesgráficas, pintura, tintas, metal, construcción, mue- ojo humano. La Colorimetría Industrial y la defini-bles de oficina, alimentos, etc., desde hace muchos ción de tolerancias se basa principalmente en es-años como una herramienta para estandarizar sus tos dos conceptos: Mínima diferencia perceptible (control interno en producción/calidad) y Máximatonos, es decir; mediante coordenadas de color diferencia aceptable (hasta dónde el cliente ACEP- TA/RECHAZA). El Laboratorio de Espectrocolori-CIEL*a*b* establecer parámetros de calidad que metría del CIO después de haber recorrido largosaseguren la repetibilidad de los tonos por un lado años hoy por hoy apoya a la industria de diferentesy por el otro, definir tolerancias de color (PASA/NO PASA); por eso la evaluación instrumental de sectores en estos temas de colorimetría, principal-color va de la mano de una evaluación visual ya mente capacitando al personal en el uso de instru-que lo que se desea es que, las diferencias numé- mentos de color y definición de tolerancias PASA/ NO PASA, como árbitro entre cliente-proveedor,ricas al comparar las coordenadas de color de una desarrollo de proveedores, como laboratorio so-muestra contra un master sean 0 (es lo ideal) y porte para el inicio de nuevos desarrollos, etc. Esteconforme se alejan del 0, definir hasta dónde noson perceptibles visualmente; en ese momento se apoyo ha sido mayormente en los sectores indus-establece una tolerancia de color PASA/NO PASA. triales de textil, confección, alimentos, artes gráfi-En la actualidad existen ecuaciones como CMC cas, plásticos, muebles de oficina, metal-mecánica,(ΔECMC) que normalizan las diferencias de color automotriz, etc., en alguno de ellos, gracias a estenuméricas y las diferencias perceptibles visual- apoyo del CIO, han podido concretar contratos conmente, estableciendo un valor de ΔECMC= 1 como empresas del extranjero. 30
ARTÍCULOcomponentesasféricas¿QUÉ SON?¿POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES?¿CÓMO SE FABRICAN?LUIS MANUEL ARREDONDOEn el mundo de la óptica es muy común hablar de componentesópticas (lentes y espejos) que presentan perfiles o contornos queno siguen la forma de la esfera. La parábola, la elipse y la hipér-bola son ejemplos de estos perfiles o superficies que conocemoscomo asferas. ¿Pero por qué utilizar superficies asféricas?, porque se tratade superficies que revisten una importancia muy relevante al ser uti-lizadas para reducir o eliminar uno de los defectos más importantesque afectan a las componentes ópticas: la aberración esférica. 32
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ARTÍCULOLa aberración esférica la podemos visualizar de la número de lentes, mejor iluminación, menor pesosiguiente forma: cuando un rayo de luz pasa entre y costo de producción; sin embargo su fabricación puede llegar a requerir de equipo de manufacturael centro y orilla de una lente, incide en un punto e instrumentos de medición especiales así como el desarrollo de nuevas habilidades de parte del per-conocido como foco; si otro rayo de luz pasa por sonal que las fabrica.un punto cercano a la orilla de la misma lente, inci- ¿Cómo se fabrica una componente asférica? Existen varias técnicas para fabricar lentes asféri-dirá en otro punto ligeramente separado del foco; cas, siendo algunas de ellas:generándose de esta forma varios focos, esto lo a) Pétalo de rosaconocemos como aberración esférica y se puede b) Cámara de vacío parcialreducir o eliminar utilizando lentes curvas no es- c) Proceso controlado numéricamente y con he-féricas, como se puede ver en la Figura 1 (a) y (b). rramienta tipo boneteEste tipo de aberración se presenta tanto en lentes d) Proceso magneto-reológicocomo en espejos, Figura 1(c) y 1(d). Cuando se envió el telescopio Hubble al es- Pétalo de rosapacio las primeras imágenes que captó mostraron Utiliza una herramienta pulidora de forma capri-que el espejo principal o primario tenía aberración chosa conocida como Pétalo de Rosa como la queesférica dado que estaba reflectando imágenes se muestra en la Figura 4. Al presentar la herra-desenfocadas. Para solucionar este problema, se mienta zonas de no contacto con la superficie, se pule de forma no uniforme, generándose así unatuvo que agregar una componente que eliminara superficie asférica.o redujera la aberración, esta componente fue la Cámara de vacío parciallente asférica denominada COSTAR. En este proceso se deforma la placa de vidrio por La Figura 2, muestra como veríamos el efec- medio de vacío parcial para posteriormente iniciarto de la aberración esférica en el borde del cabello el proceso de pulido. Concluido el proceso de puli- do se libera la placa obteniéndose una superficiede una modelo. deformada, o una asfera, Figura 5. Este método fue utilizado por Berhnard Schmidt Otra forma de reducir la aberración esférica para la fabricación de las placas correctoras que sees con varias lentes esférica de diferentes vidrios utilizan, hoy en día, en los telescopios refractores.(diferente índice de refracción), como se observaen la Figura 3. Este tipo de arreglos presenta mu- Proceso controlado numéricamentechas superficies que tendrá que atravesar el rayo y con herramienta tipo bonetede luz, en cada una de ellas se presentará una re- Este proceso se lleva a cabo en una máquina deflexión y se perderá iluminación por lo que al finalse verá una imagen obscura. Una lente asféricapuede hacer el mismo trabajo de varias lentes conla ventaja de que presentará una menor perdidade luz dando una imagen con mejor iluminación.Además de la reducción o eliminación de la abe-rración esférica, una componente asférica pre-sentan más ventajas, entre otras: la reducción del 34
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control numérico, (IPR400) y utilizando una herramienta pulidora neumática (bonete). La asfera seobtiene controlando la velocidad de avance de la herramienta pulidora a lo largo del diámetro de lacomponente. En las zonas donde la herramienta pase a mayor velocidad se deforma menos y se generauna protuberancia, y por donde la herramienta pasa a menor velocidad, se deforma y se hace un valle.Figura 6. De esta forma se obtiene la forma asférica de la superficie.Proceso con abrasivo magneto-reológicoEsta técnica de manufactura óptica, utiliza un abrasivo magneto-reológico que al pasar por un tamborcilíndrico electromagnético adquiere su curvatura y además se vuelve rígido, de manera que pule lasuperficie de la lente. La forma que adopte la superficie dependerá de cómo se controle la velocidad deoscilación de la lente, Figura 7.Cualquiera de las técnicas mencionadas continúa hoy en día en proceso de innovación y mejora, dadalas exigencias en tiempos de entrega y de calidad, cada vez más rigurosas, demandadas por la comuni-dad científica e industrial. Figura 1. a) Lente con aberración esférica, b) Lente sin abe- rración esférica, (c) Espejo con aberración esférica, (d) Espejo con placa correctora que corrige la aberración esférica. 36
Figura 2. Imagen de modelo: (a) Con aberración esférica, (b) Sin aberración esférica.Figura 3. Alternativa para la reducción de aberración esférica, (a) 4 lentes con diferente índice de refracción, (b) Lente con super-ficie asférica. Fundamental Optical Design, M. Kidger, SPIE Press.Figura 4. Herramienta pulidora tipo pétalo de rosa. (DAC Vision). NC 37
ARTÍCULO Figura 5. Proceso de pulido por medio de vacío parcial. L.M. Arredondo-Vega, CIO 1986. Figura 6. Proceso de pulido controlado numéricamente. Zeeko Ltd 38
ARTÍCULOlaboratorios y talleres demanufactura óptica JOSÉ DE LA LUZ HURTADOEn el CIO se desarrollan procesos y procedi- de temperatura o el hecho de que es levemente higroscópico (le afecta el agua) pocos países lasmientos para la manufactura de componentes óp- procesan. Sin embargo en el CIO se han desarro-ticas de alta precisión, así como recubrimientos llado los métodos de fabricación que han permiti-de películas delgadas de alta eficiencia tanto en laluz visible como en el infrarrojo y el ultravioleta. do cumplir con la satisfacción de nuestros clien- Durante los últimos años, el CIO ha traba- tes. Las lentes que se han pulido, Figura 1, formanjado en proyectos que involucran la manufactura parte del espectrógrafo “MEGARA” que se encuen-de lentes que requieren de un manejo especial, tra en operación en Instituto de Astrofísica de lascomo es el caso del Fluoruro de Calcio (CaF2), que Islas Canarias, España, y es uno de los principalespor sus características particulares, como lo es componentes del telescopio óptico más grandela gran facilidad a fracturarse con leves cambios del mundo. 40
Figura 1. Lentes de fluoruro de calcio de 270 mm de diámetro.Para cumplir con las tolerancias y tiempos de entrega fue necesario la modificación de varias máqui-nas de pulido, entre otras, las pulidoras de alta velocidad LOH, y por el tamaño de las áreas a procesar,se tuvieron que desarrollar y adaptar técnicas particulares de medición, una de ellas conocida como“Stitching”, que consiste en unir y analizar varias imágenes de la topografía de la superficie pulida.Figura 2. Prismas del proyecto “HORS”.Igualmente, se está estudiando y analizando el plejas partiendo de superficies convencionalesprocedimiento para el pulido de superficies asféri- como son las esféricas y las planas, en menorcas en ópticas de 10 cm de diámetro en la máqui- tiempo. De esta manera podremos competir enna con cabezal robótico IRP 400 de la compañía el campo de la manufactura de lentes asféricas yZEEKO. Paralelamente a este trabajo se está desa- de forma libre que optimicen el desempeño de losrrollando un proceso híbrido, denominado “Groli-shing”, que consiste en llevar a cabo un proceso de sistemas ópticos, así como reducir el número degenerado/esmerilado fino para pasar, sin mover la lentes de dichos sistemas.lente de la máquina, al proceso final de pulido. El desarrollo de estos proyectos ha venido aEste proceso incrementará la versatilidad de lamáquina, permitiendo obtener superficies com- proyectar al CIO como una potencia a nivel mundial en manufactura óptica y aplicación de películas del- gadas de lentes de alta precisión y de gran tamaño. 41 NC
ARTÍCULOmabecolaboración con la empresaBERNARDINO BARRIENTOS 44
De acuerdo a datos de la Secretaría de Economía, pool (Estados Unidos), Samsung (Corea del Sur) yla industria de la manufactura de electrodomésti- Electrolux (Suecia). Estas empresas se localizan encos (aparatos eléctricos del hogar) en México re- los estados de Nuevo León, Querétaro, Chihuahua,presenta alrededor de 11 000 millones de dólares Guanajuato, San Luis Potosí, Estado de México,anuales generando un poco más de 140 000 em- Coahuila y Tamaulipas.pleos. Casi el 85% de la producción de esta indus- El CIO ha aprovechado la cercanía y poten-tria se exporta: principalmente a Estados Unidos cial de dicha industria y durante los últimos 10(89.5%), Canadá (3%) y Colombia (1.5%). México años ha forjado una estrecha colaboración con laes el primer exportador tanto de refrigeradores empresa Mabe, en la forma de desarrollo de pro-como de calentadores de agua y el segundo ex- yectos de carácter tecnológico.portador de equipos de aire acondicionado; esto En los primeros proyectos llevados a caboen conjunto con otros datos coloca a México como con Mabe en el periodo 2007-2012, el interés de estael quinto exportador global de electrodomésticos, empresa generalmente se centraba en el desarrollopor detrás de China, Alemania, Tailandia e Italia. de pruebas relacionadas con la eficiencia operacio-Entre las principales empresas en el ramo en Mé- nal de sus productos, las cuales se efectuaban en lasxico, podemos mencionar a Mabe (México), Whirl- instalaciones del CIO. En los últimos años, en tres45 NC
ARTÍCULOproyectos que se han tenido con ellos, dicho interés trodoméstico. En ese mismo tenor, se construyó unevolucionó a lo siguiente: los equipos de medición a segundo equipo con la capacidad para medir velo- cidad en flujos de aire con temperaturas relativa-utilizar serían diseñados para ser instalados en las mente altas, del orden de 500 °C.propias instalaciones de la empresa. Esto significó Finalmente, una tercera herramienta seun cambio sustancial en las actividades y objetivosde los proyectos: además de tener capacidad para construyó para contar con la capacidad para medircubrir sus necesidades de medición, se diseñarían y la temperatura de flujos transparentes, tales comoconstruirían herramientas tecnológicas que fueranrobustas y simples de operar. aire y agua. Una de esas herramientas tecnológicas se Estas tres herramientas tecnológicas actual-diseñó para medir caudal o gasto volumétrico del mente son utilizadas por Mabe en forma rutinaria,flujo de aire caliente en el tambor de secadoraseléctricas. Dicha información resulta valiosa a la principalmente para la evaluación tanto del funcio-hora de evaluar el desempeño energético del elec- namiento como de la calidad de sus nuevos produc- tos, los cuales deben ofrecer las mejores prestacio- nes en un mercado altamente competitivo.Diseños conceptuales de equipos para medir gasto volumétrico (imagen izquierda) y velocidad (imagen derecha). 46
Herramientas tecnológicas instaladas en Mabe, para gasto volumétrico (izquierda) y velocidad (derecha). Prueba de medición de velocidad.Algunos resultados experimentales de gasto y temperatura. NC 47
ARTÍCULOtecnologíaterahertzen el sector cuero-calzadoENRIQUE CASTROLa investigación básica es fundamental para ser Básicamente la radiación de terahertz tiene dos propiedades que la hacen útil para la inspeccióncapaces de proveer soluciones innovadoras, perodebemos tener en mente que la capacidad de salir industrial.de nuestras oficinas y convertir todas esas ideas ensoluciones que aporten valor y beneficios sociales 1. Casi todos los materiales no metálicos y que noes la verdadera razón para que la sociedad Mexi-cana ya sea por medio de programas gubernamen- se encuentren húmedos, son al menos parcialmentetales o por la vía privada invierta en nosotros, si transparentes en esta regiónno aportamos soluciones estamos condenados a 2. El agua presenta tanto un índice de refraccióndesaparecer como comunidad. como un coeficiente de absorción muy altos. El implementar nuevas técnicas científicas El hecho de que el agua sea muy absorben-para su explotación industrial es ciertamente un te en esta banda hace a los terahertz una excelentereto importante. En el Grupo de Ciencia y Apli- herramienta de medición de la presencia de agua.caciones de terahertz hemos trabajado con diver- Utilizando algoritmos de optimización para anali-sas industrias para usar la radiación de terahertz zar las señales nos es posible determinar de mane-como una herramienta para el control de calidad. ra simultánea el grado de hidratación y el espesor de las muestras sin necesidad de contacto físico, lo que es una gran ventaja en el caso de líneas de pro- 48
ducción donde el contacto entre los instrumentos El proyecto fue sin duda exitoso, el siguiente pasode medición y los objetos en producción significa es la creación de un prototipo que sea más robustoun riesgo de daño o de paro de la línea de produc- en términos de su operación de largo plazo en unción cuando los objetos se atoran. ambiente como el de una planta de curtido. En el caso de los cueros tanto el contenidode agua como el espesor son parámetros de sumaimportancia y que cada vez más son requeridospor las industrias que adquieren el cuero paratransformarlo en otros productos. El sistema deprueba que se instaló en la empresa Curtidos yAcabados Kodiak fue probado en condiciones deuso real en la línea de producción. El equipo ad-quiere señales de manera continua y las procesa,dando al operador de la línea de producción datosde espesor y humedad de cada una de las piezas decuero que salen en tiempo real. 49 NC
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