Buenas, mi nombre es Sergio Martín,
soy profesor de la Escuela de Ingenierías Industriales de la
Universidad de Málaga y quisiera agradecer la invitación a participar
en las actividades que se están llevando a cabo para celebrar
el 150 aniversario de la Convención del Metro.
En este caso se va a hacer una pequeña exposición
sobre el paso de la medición analógica digital tridimensional
en la metrología de la rugosidad superficial.
Inicialmente se va a hacer una pequeña introducción
para determinar los aspectos generales
de lo que es la rugosidad superficial.
Continuaremos con la evolución histórica del proceso de medición
que se han ido desarrollando para poder obtener una cuantificación
de la rugosidad superficial.
Hablaremos también de los procesos de normalización
para la medición de la rugosidad superficial
y finalizaremos con un conjunto de conclusiones.
Bien, cuando una pieza se ha fabricado tenemos
unas características superficiales en esa pieza.
Esas condiciones superficiales se pueden dividir en tres aspectos.
En primer lugar, podríamos considerar un perfil de forma.
En segundo lugar, un perfil de ondulación.
Y en tercer lugar, un perfil de rugosidad.
Cada uno de ellos va a venir delimitado
por las características geométricas de cada uno.
En el caso en el que nos atañe el perfil de rugosidad,
podríamos definirlo como un conjunto de irregularidades
de pequeña escala que están presentes en la superficie
y vienen generadas por el proceso de fabricación.
Cada uno de estos perfiles,
como decía, van a venir relacionados con un valor de longitud
que vienen a representar cada uno de ellos.
En el caso del perfil de forma podríamos estar hablando
de magnitudes que se encuentran entre 100 milímetros y 1 milímetro.
Para el perfil de ondulación sería de 1 milímetro a 10 micrómetros
y en el caso más pequeño, que sería el perfil de rugosidad,
estaríamos hablando de magnitudes que se encuentran comprendidas
entre 10 micrómetros y 10 nanómetros.
Es muy importante medir y evaluar la rugosidad superficial
en los procesos de fabricación cuando se obtiene una pieza,
porque esta va a influir en diferentes aspectos
de aquel componente que se ha fabricado.
En primer lugar, podríamos considerar la funcionalidad.
En propiedades mecánicas
que va a tener la pieza va a afectar ese acabado superficial.
Por ejemplo, en el caso de una resistencia a fatiga,
piezas que presenten un acabado superficial más vasto,
una rugosidad superficial más alta,
puede generar una reducción en el comportamiento de fatiga
de la pieza.
De forma similar,
también un acabado superficial más vasto
va a afectar negativamente al proceso de corrosión,
con lo cual es un aspecto que hay que tener en cuenta a la hora
de obtener una pieza.
También va a ser influyente en la lubricación.
Un comportamiento diferente
que nos podemos encontrar en función de las rugosidades superficiales
es que la superficie sea hidrofílica o hidrofóbica,
es decir, sea capaz de retener un fluido
o bien elimine el fluido y no se mantenga la superficie.
En este caso, para favorecer la lubricación,
puede ser interesante unos valores de acabado de superficie
aún más elevados para retener el lubricante
y que pueda ejercer fácilmente la actividad de lubricación.
También va a afectar en otros aspectos
como puede ser el desgaste o la estanqueidad.
También algún elemento conocido son los aspectos estéticos.
Conocemos que una pieza pulida presenta un aspecto diferente
a una pieza bastante rugosa, siendo mucho más atractivo
para el consumidor una pieza que queda bastante pulida.
Por lo tanto, son aspectos que hay que tener en cuenta a la hora
de fabricar una pieza o un componente en función
de aquellas características
que nosotros queramos obtener del consumidor.
Como hemos comentado con anterioridad,
la rugosidad superficial
va a estar relacionada con lo que es el proceso de fabricación,
por lo cual va a ser importante
determinar cuál es el proceso de fabricación en el que se tiene
que llevar a cabo la fabricación de un componente en función
de aquellas condiciones de acabado superficial
que deseemos tener en la pieza.
Procesos tradicionales
como puede ser la fundición o procesos de deformación plástica
suelen presentar valores de rugosidad.
Superficial más alto.
En el caso de un proceso de fundición suele generar acabados superficiales
bastante vastos.
También dependerá de algunos aspectos propios del proceso,
si puede ser un proceso de fundición en arena
o bien con una coquilla metálica.
Procesos más actuales,
como pueden ser los procesos de fabricación aditiva,
va a tener un acabado superficial dependiendo de aquellas tecnologías
que se utilicen.
Aquello que conocemos comúnmente como las impresoras 3D,
son procesos de fabricación aditiva por extrusión de material,
pues también suelen presentar acabados superficiales
bastante vastos, con una rugosidad superficial
que puede rondar en torno a los 10 micrómetros.
Frente a otro tipo de tecnologías, como puede ser la estereotografía,
que presenta unos acabados superficiales mejores,
con menor rugosidad superficial,
que podemos rondar en valores de en torno a un micrómetro.
Entre los procesos de fabricación tradicional,
las operaciones de mecanizado
suelen ser las que presentan un mejor acabado superficial,
una rugosidad superficial más baja.
Si bien existen procesos de mecanizado avanzados,
como pueden ser los procesos de rectificado,
de lapeado, que están orientados única
y exclusivamente para reducir la rugosidad superficial
de la pieza, pudiendo alcanzar valores que pueden
estar en torno a 0,01 micrómetros.
Bien, por lo tanto, como hemos evaluado hasta ahora,
medir la rugosidad superficial requiere de un sistema de medición
que alcance valores muy pequeños.
Con lo cual, eso ha supuesto un desafío a lo largo
de la historia, poder llegar a medir esos valores.
Inicialmente, medirlo era muy complejo
y no se conseguía tomar una cuantificación de la medida
de la rugosidad superficial.
Lo que sí se pudo hacer desde la prehistoria hasta el inicio
del siglo XX era hacer una evaluación de forma cualitativa,
no cuantitativa, por comparación.
Tenemos dos elementos,
uno que evalúemos unas propiedades de rugosidad superficial
y a partir del tacto podemos comprobar
si una superficie es más o menos rugosa.
Todos tenemos en mente, en la época medieval,
un caballero que disponía de una.
De una espada,
como esa espada es brillante, porque es pulida,
y ese sentido pulido y un buen acabado superficial
viene relacionado por aquello que hemos comentado
de que iba a afectar a su funcionalidad,
un acabado superficial bastante bueno,
una rugosidad superficial muy pequeña,
y va a procurar que las propiedades mecánicas de la espada sean mejores,
y que ese elemento, esa herramienta que utilizaba el caballero,
pues fuera más durable.
Ya era en la época industrial,
a partir de la primera revolución industrial,
cuando se empiezan a fabricar componentes que forman parte
de máquinas.
Estos elementos componentes
también se empiezan a evaluar como son los acabados superficiales
y se empiezan a controlar.
Todo esto también se hace a partir de evaluaciones de impacto.
A día de hoy se disponen de algunos sistemas de comparación,
como puede ser el Rubotest, en el cual a partir de unas muestras
que vienen perfectamente detalladas con unas propiedades en particular,
pues podemos hacer una comparación y podemos más
o menos evaluar y valorar cuál sería el acabado superficial
que tuviera una medición.
Es en 1941 cuando se consigue desarrollar
el primer equipo de medición de la rugosidad superficial.
Este equipo,
que se denominó Tilosurf 1,
fue desarrollado por la empresa Taylor Hobson.
Esta empresa de origen británico
inicialmente se dedicaba a fabricar lentes.
Ante la necesidad que tenían esa actividad
de controlar el acabado superficial,
debido a que una lente debe tener una rugosidad superficial muy pequeña
para poder concentrar los ACT-LU en el foco,
ante esa necesidad consiguieron desarrollar este equipo.
Este equipo de medición no es más que un perfilómetro mecánico
en el cual tiene un pequeño estilete en la punta que lo que hace
es que esa punta va pasando por toda la superficie y lo que hace
es a partir de un sistema de amplificación mecánica
reproducir cómo es la morfología de la superficie de la pieza.
En este caso tendríamos un sistema de medición por contacto
y con un registrador
y ese sistema de amplificación podríamos reproducir,
se podía reproducir cómo era la rugosidad superficial.
También en la década de los años 40 se comienza a tomar mediciones
a partir de microscopía óptica, sistemas de amplificación de imagen,
en el cual a partir de una pequeña escala se intentaba evaluar
y medir cuál era la rugosidad superficial de la pieza.
Sin embargo, las amplificaciones que se tenían
hasta el momento no eran muy importantes
y los resultados que se obtenían presentaban una baja precisión.
También habría que considerar en esta década,
como otro pequeño hito,
es el desarrollo de la primera norma que está relacionada con la medición
de la rugosidad superficial.
Considerando que la primera empresa que desarrolló el equipo de medición
era británica, pues tiene sentido
que la primera norma fuera una norma británica.
En esta norma lo que se empezaban a definir,
pues todos los perfiles de superficie, la instrumentación,
preparación y configuración de la medición, la calibración,
Y también como análisis de resultados.
Considerar que una normalización lo que facilita
es la intercomparación entre valores de medida
y poder así que los valores que estén cuantificables
y comparados puedan considerarse como valores adecuados.
En los años 60, con el desarrollo de la electrónica,
se consigue establecer un perfilómetro de tipo electrónico.
Igualmente tenemos una medición por contacto,
en el cual seguimos teniendo un estilete que pasa
por la superficie, pero la amplificación electrónica
permite mejorar lo que es la precisión del equipo de medida.
Un ejemplo de desarrollo de este tipo de perfilómetro electrónico
fue el modelo DECTA de la empresa Beko.
En los años 80, con el desarrollo de los sistemas láser,
se obtiene el primer sistema de medición sin contacto,
con un perfilómetro láser.
En este caso igual
vamos a obtener un perfil de una superficie.
Con ese perfil se puede cuantificar cuál es el valor de la medida.
En los años 90,
a partir de los sistemas de interferometría,
ya se consigue obtener no solamente un perfil, sino una superficie,
obteniendo en este caso ya una topografía completa
de la superficie de una pieza en tres dimensiones,
lo cual mejoró la capacidad de medida de las piezas y amplió la capacidad
de medir piezas que se tenían en proceso de fabricación.
En los años 2000 se desarrolla otro sistema de medición
también sin contacto, como es la microscopía con focal,
en el cual también se puede obtener lo que es la topografía superficial
de la pieza.
Y finalmente, como último desarrollo que se está llevando a cabo,
podemos hablar de microscopías de fuerza atómica.
Estos sistemas de microscopía permiten obtener
valores tridimensionales de la superficie con un orden
de hasta el nanómetro.
Con lo cual se van obteniendo mejores precisiones.
Como decía anteriormente,
la normalización también tiene un carácter bastante importante.
Comentamos que en 1943 se desarrolla la primera norma
relacionada con la rigosidad superficial de origen británico,
asociado al país donde comienza a desarrollarse
este instrumento de mínima.
No es hasta 1955,
cuando se desarrolla la primera norma ASMEC,
que tiene origen en Estados Unidos,
son normas que se aplican en Estados Unidos,
y considerar que hasta 1978 no se desarrolla la primera norma
ISO, la primera norma internacional,
en la que se establecen esos símbolos de rugosidad superficial
para planos técnicos.
En el año 84, con la 4287 y 4288,
ya se empiezan a definir los parámetros
que caracterizan las magnitudes de una rugosidad superficial,
valores que son habituales, como puede ser RA y RZ.
En el año 2003, con la 27178,
donde se introduce la medición de la rugosidad entre dimensiones.
Si vemos la evolución que tuvieron los equipos de medición,
en el cual, a partir de la década de los 90,
es cuando se empiezan a obtener medidas
de la topografía superficial, considerando en este caso,
ya en el año 2003, donde ya sí se empiezan a considerar
otros valores desde el punto de vista tridimensional,
en el cual ya pasamos de valores de RA o RZ a valores
ya desde una topografía completa y una superficie completa,
como son los valores de SA o SC.
Y bien, la norma más actual, que podríamos considerar,
es la 21.920, que reemplaza la 4.287 y 4.288,
modernizando todo lo que es la metrología de Sula.
Por lo tanto, considerando lo que hemos evaluado hasta ahora,
podríamos hacer una pequeña agrupación
de los sistemas de medición, estableciendo tres tipos.
En primer lugar, por comparación, como hemos visto,
los sistemas más antiguos, luego los sistemas con contacto,
con la perfilometría mecánica y electrónica,
y ya en último caso los sistemas sin contacto,
con el sistema de interferometría, perfilometría láser
y microscopía conforme.
Como hemos comentado, la evolución histórica
de todos estos sistemas de medición ha ido siempre con el propósito
de mejorar la precisión de las mediciones que se hacen.
Por lo tanto, podemos considerar también
que la rugosidad superficial, como hemos comentado,
es de alto interés para la industria,
ya que va a afectar a todas las propiedades de las piezas
fabricadas.
Su magnitud y el orden del micrómetro
en el cual se obtienen cada una de estas mediciones,
nos ha supuesto que su medida sea un hecho reciente,
desarrollada en este siglo XX,
debido a la dificultad que tenía medir y la necesidad
de un desarrollo tecnológico que permitiera la capacidad
de tomar esa medición.
Si bien el agrado superficial ha sido una característica apreciada
desde la antigüedad, la única manera
que existía de evaluarla inicialmente,
como hemos comentado, ha sido por comparación.
El desarrollo de todas las tecnologías de medida
de rugosidad ha ido acompañado con un desarrollo de normativas
que determinan magnitudes para cuantificarlas
y también para favorecer su intercomunicación.
Muy bien, pues aquí se acompaña un conjunto de referencias
que se han ido utilizando para el desarrollo del trabajo.
Articular, considerar las normas actuales, la norma ISO
de rugosidad superficial para evaluar las texturas superficiales.
Pues esto es todo, muchas gracias, agradecer de nuevo la invitación
y muchas gracias por todo.
Un saludo.