La metrología es la base para asegurar que los productos cumplan con los estándares de calidad requeridos. En sectores como la automoción, la aeronáutica o la electrónica, donde un error de milímetros puede tener consecuencias catastróficas, la medición precisa se antoja indispensable. Por ejemplo, en la fabricación de componentes electrónicos, la metrología permite verificar que las piezas cumplan con las especificaciones técnicas, evitando de esa manera fallos costosos.
Las industrias están sujetas a regulaciones cada vez más estrictas, tanto a nivel nacional como internacional. Ahí entra la metrología pues asegura que estas mediciones sean trazables a estándares reconocidos, como los definidos por el Sistema Internacional de Unidades (SI). Esto no solo facilita el comercio global, sino que también evita sanciones y rechazos de productos en mercados extranjeros.
En este contexto, la metrología industrial, la rama de la metrología aplicada a la producción y el control de calidad en entornos industriales, tiene como fin que los procesos de fabricación cumplan con especificaciones técnicas mediante mediciones precisas y repetibles.
En la industria 4.0 y más concretamente en lo referido a las Smart factories, los sistemas de metrología están evolucionando para integrarse en entornos automatizados, conectados y en tiempo real.
La digitalización y la inteligencia artificial (IA) están transformando la forma en que se mide y se controla la calidad en los procesos productivos. Y esta evolución inevitable implica, evidentemente, cambios en los dispositivos que efectúan mediciones.
En el marco europeo, desde 2007 existe Euramet, una organización que coordina la investigación metrológica para proporcionar las mediciones de alta precisión y baja incertidumbre necesarias tanto ahora como en el futuro. Tres programas de investigación están reuniendo actualmente conocimientos de medición de primera categoría en una serie de proyectos específicos que se han sucedido en el tiempo:
- Programa Europeo de Investigación en Metrología (EMRP) (2009-2013)
- Programa Europeo de Metrología para la Innovación y la Investigación (Empir) (2014-2020)
- Asociación Europea de Metrología (Asociación de Metrología) (2020-2027).
Por otro lado, los sistemas de metrología en entornos industriales deben cumplir ciertos requisitos técnicos para ser efectivos:
- Alta precisión y trazabilidad: ser capaces de realizar mediciones exactas con referencia a patrones nacionales e internacionales.
- Automatización y conectividad: integrando con sistemas de producción inteligentes y comunicación con redes de datos industriales.
- Tolerancia a condiciones adversas: Las herramientas y aplicaciones metrológicas deben funcionar con fiabilidad en presencia de vibraciones, temperaturas extremas, humedad y polvo.
- Rapidez: las mediciones tienen que hacerse online y sin afectar el flujo de producción.
- Compatibilidad con tecnologías avanzadas, como sensores IoT, visión artificial, inteligencia artificial y análisis de datos en la nube.
Existen diferentes tipos de sistemas de metrología según su aplicación y el tipo de medición que realizan.
La metrología puede ser dimensional para calibrar magnitudes, formas y tolerancias geométricas de piezas industriales mediante Máquinas de Medición por Coordenadas (CMM), es decir, equipos de precisión que utilizan sondas de contacto o escáneres láser para medir piezas en 3D; mediante sistemas de visión artificial con cámaras de alta resolución y software de procesamiento de imágenes para inspección sin contacto.
Puede ser de fuerza, masa y presión, mediante balanzas industriales de alta precisión, usadas en procesos de dosificación y control de peso, mediante transductores de fuerza y torque que se emplean en pruebas mecánicas y ensamblajes automatizados o mediante sensores de presión para el monitoreo en sistemas neumáticos, hidráulicos y de fluidos.
Puede ser de temperatura y ambiente, mediante el uso de termómetros industriales y pirómetros, con mediciones de temperatura sin contacto en procesos de fundición o termoformado; mediante cámaras térmicas para inspeccionar la calidad de los componentes electrónicos y efectuar el control térmico en procesos de manufactura; mediante sensores de humedad y calidad del aire que garanticen las condiciones óptimas en entornos de producción sensibles.
Puede ser eléctrica y electrónica a través del uso de osciloscopios y analizadores de espectro que sirven para medir señales eléctricas en componentes electrónicos, a través de medidores de resistencia y continuidad que efectúan el control de calidad en circuitos y conexiones eléctricas y a través de sensores de corriente y voltaje en sistemas de energía industrial.
Puede ser de superficies y materiales, empleando interferómetros ópticos que analizan la rugosidad y el acabado superficial en los componentes mecánicos o espectrómetros y analizadores químicos que son esenciales en el control de calidad en la industria farmacéutica y metalúrgica. También se comprueba la dureza y resistencia de materiales mediante pruebas de impacto y desgaste para garantizar la calidad estructural.
Pero, ¿cuáles son los retos a los que se enfrenta esta disciplina?
“En el sector del control dimensional, nos enfrentamos a varios retos clave. Uno de ellos es la exigencia creciente en precisión y calidad, ya que las tolerancias en la fabricación son cada vez más ajustadas. Esto nos obliga a mejorar constantemente nuestras metodologías y a invertir en equipos de última generación. Otro desafío es la reducción de tiempos de inspección, ya que la industria demanda mediciones rápidas sin comprometer la fiabilidad de los resultados”, responde Javier Escalada, socio fundados de H7Metrology, una empresa cántabra especializada en estos cometidos técnicos.
H7Metrology ofrece servicios de control dimensional para garantizar la precisión en la fabricación, montaje y mantenimiento de componentes industriales. Su trabajo abarca desde la verificación de piezas individuales hasta la inspección de grandes estructuras en sectores como la automoción, aeronáutica, minería e industria manufacturera.
Realizan mediciones in situ y en laboratorio, verificando tolerancias geométricas, alineaciones y desviaciones con respecto a planos de diseño o modelos CAD. También llevan a cabo análisis de deformaciones, certificación de utillajes y control de calidad en procesos de producción.
Además, colaboran con sus clientes en la optimización de procesos de fabricación, detectando desviaciones tempranas y proponiendo soluciones para mejorar la precisión y reducir costos de retrabajo.
“También nos enfrentamos a la digitalización y automatización de los procesos metrológicos, con la incorporación de tecnologías como la inteligencia artificial y el análisis de datos en tiempo real”, añade Escalada al ser preguntado por industry TALKS. “La integración de estos sistemas representa un reto técnico, pero también una gran oportunidad para mejorar la eficiencia y la trazabilidad de las mediciones”, estima.
En metrología existen tres ramas: la científica, la industrial y la legal, comenta a este periodista José Luis Prieto, secretario del Comité de Metrología del Instituto de la Ingeniería de España (IIE) y director de Operaciones y Calidad del Laboratorio de Metrología de Galicia. La función principal de este Comité, pensado como un observatorio, es visibilizar la metrología en la sociedad española. Está compuesto por ingenieros de distintas seis ramas de la ingeniería dentro de las nueve federaciones integradas en el Instituto.
La metrología científica «desarrolla y da significado a las unidades de medida que se utilizan en los distintos sectores económicos. Se trata de hacer posible que el metro que usa uno y otro sea comparable. Y eso se logra a través de una pirámide metrológica, en cuyo vértice está la definición de metro, y lo mismo para el resto de magnitudes»,
«Los retos vienen esencialmente por el desarrollo de esas unidades; eso es un apartado más científico, no tan industrial. En la metrología industrial o aplicada, los retos son los que plantea ese famoso paradigma de industria 4.0 o X.0 porque ya va creciendo y ya se habla de 5.0».
«El reto consiste en ofrecer garantía de que toda esa información de los sistemas de medida que están incorporados en los instrumentos que a su vez están en los procesos de las empresas esté más o menos cerca de la realidad», aclara.
La tercera pata de la metrología es la legal, que interfiere más directamente en aquellos asuntos desde el punto de vista de seguridad del ciudadano o bien desde el punto de vista de un intercambio comercial, por ejemplo, las básculas en el supermercado deben estar calibradas.
Normalmente hay expertos que participan en más de un tipo de metrología; digamos que hay especialización dentro de los metrólogos, no desde el punto de vista de la formación de las personas, sino de la utilización de los trabajos a desarrollar.
Por ejemplo, los técnicos que trabajan en el Centro Español de Metrología, que está en Tres Tantos (Madrid), el laboratorio nacional español, no son diferentes de los que puede tener una empresa privada que se dedica a la metrología, explica Prieto.
«El Centro Español de Metrología tiene una serie de laboratorios que se llaman laboratorios designados, que están mayoritariamente concentrados en Madrid, aunque el tema de la magnitud del tiempo del segundo está en San Fernando, en Cádiz, en el Real Observatorio de la Armada. Después, en cuanto al ámbito de la metrología industrial, pues hay en España distribuidos laboratorios de metrología de carácter más o menos privado, es decir, algunos con más componente pública y otros plenamente privados, que ofrecen servicios acreditados», añade el metrólogo gallego.
La Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) garantiza el trabajo que hacen esos laboratorios de metrología y que se cumplen los requisitos establecidos en una norma de carácter internacional. En España las competencias sobre pesos y medidas están transferidas a las comunidades autónomas; unas tienen su propia infraestructura, como es el caso de Galicia, y otras lo tienen abierto a otras entidades como si fuera una especie de mercado abierto dentro de su ámbito geográfico como es el caso de la Comunidad de Madrid.
En España, en el área industrial, destacan dos multinacionales: Applus+ (española) y Trescal (francesa), que, según Prieto, se haciendo con laboratorios y centros más pequeños con los que están ganando mercado a través de ese crecimiento no orgánico.
Volviendo a los desafíos, el secretario de la Comisión de Metrología del Instituto de la Ingeniería de España cita el problema de las tres ies: ignorada, invisible e invasiva, en alusión al grado de desconocimiento que subyace en la mayoría de la sociedad. «En el entorno más social o ciudadano todavía es mayor pero incluso dentro del mundo industrial también se ignora un poco el tema de la metrología», admite.
Para paliar esa falta de visibilidad, el Instituto creó hace tres años un reconocimiento al mérito de la metrología, en el que distingue a personas, en principio también tendría que haber empresas, con una trayectoria destacada en el entorno de esta disciplina.
¿Y qué oportunidades se vislumbran en la metrología?
“La expansión de la metrología en sectores emergentes, como las energías renovables y la movilidad eléctrica, nos permite ampliar nuestro campo de actuación. Además, la creciente demanda de control de calidad en procesos de fabricación avanzados nos posiciona como un socio estratégico para empresas que buscan garantizar la excelencia en sus productos”, declara Escalada, de H7Metrology a este diario digital industrial.
Las fábricas del futuro también son una buena ocasión de ampliar el negocio pues requieren sistemas de metrología adaptados a la industria 4.0 y a las redes de producción inteligentes que se sirven de sensores IoT, Big Data, IA y gemelos digitales.
La smarte factories van a utilizar o ya están empleando entornos de Internet industrial de las cosas (IIoT); redes de dispositivos y algoritmos de aprendizaje automático que pueden automatizar la toma de decisiones y gestionar la producción.
Los sensores avanzados exclusivamente digitales, se están convirtiendo rápidamente en el estándar de facto en el IIoT. Es vital para los procesos de fabricación que dichos sensores digitales que miden cualidades dinámicas sean precisos y estén bien calibrados. Sin embargo, los servicios de calibración de alto nivel que ofrecen actualmente los Institutos Nacionales de Medición (NMI) todavía se centran en salidas analógicas, en lugar de digitales.
En consecuencia, los sistemas de medición están migrando desde los laboratorios controlados a la propia línea de producción, lo que permite mediciones continuas sin interrupciones en el proceso, ajustes automáticos en máquinas para corregir desviaciones en tiempo real y la reducción de tiempos de inspección y rechazo de productos defectuosos.
Y ¿qué ventajas ofrece la metrología al mundo de la industria?
Prieto detecta dos beneficios bien claros: la interoperabilidad y la confianza. La primera supone que un fabricante en España pueda estar proporcionando un determinado producto a otra empresa en otro país y que sus requisitos y especificaciones se correspondan y utitlicenn la misma base. «Hay interoperabilidad de esos elementos, lo que lógicamente es una ventaja muy importante para todo lo relacionado con el comercio internacional», considera.
La segunda es «darnos confianza en que los productos que se nos están ofreciendo bajo unas determinadas especificaciones pues realmente las cumplen». Por ejemplo con un neumático de 200 milímetros de diámetro para un vehículo,
1. Garantía de calidad y precisión
La metrología es la base para asegurar que los productos cumplan con los estándares de calidad requeridos. En sectores como la automoción, la aeronáutica o la electrónica, donde un error de milímetros puede tener consecuencias catastróficas, la medición precisa se antoja indispensable. Por ejemplo, en la fabricación de componentes electrónicos, la metrología permite verificar que las piezas cumplan con las especificaciones técnicas, evitando fallos costosos.
2. Cumplimiento de normativas y estándares internacionales
Las industrias están sujetas a regulaciones cada vez más estrictas, tanto a nivel nacional como internacional como las normas ISO9000. La metrología asegura que las mediciones sean trazables a estándares reconocidos, como los definidos por el SI. Esto no solo facilita el comercio global, sino que también evita sanciones y rechazos de productos en mercados extranjeros.
3. Reducción de costes y optimización de procesos
La implementación de prácticas metrológicas permite identificar y corregir errores en etapas tempranas de la producción, lo que reduce el desperdicio de materiales y tiempo. Además, la medición precisa ayuda a optimizar los procesos, aumentando la eficiencia y reduciendo los costes operativos. Por ejemplo, en la industria alimentaria, la medición exacta de ingredientes asegura la consistencia del producto y minimiza el desperdicio.
4. Innovación y desarrollo de nuevos productos
La metrología es, además, un motor de innovación. En sectores como la nanotecnología, la biotecnología o la fabricación avanzada, las mediciones de alta precisión son indispensables para el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías. Sin metrología, avances como los chips de última generación o los dispositivos médicos de alta precisión serían sencillamente imposibles.
5. Mejora de la competitividad
En un mercado globalizado, la capacidad de producir bienes con altos estándares de calidad y precisión es un diferenciador competitivo. Las empresas que invierten en metrología no solo mejoran su reputación, sino que también pueden acceder a mercados más exigentes. Esto es especialmente relevante en industrias como la farmacéutica, donde la precisión en la dosificación de medicamentos resulta crítica.
6. Sostenibilidad y responsabilidad ambiental
La metrología también juega un papel crucial en la sostenibilidad. Por ejemplo, en la industria energética, la medición precisa del consumo y la eficiencia de los equipos permite reducir el impacto en el medio ambiente. Además, en sectores como el reciclaje, la metrología ayuda a garantizar que los materiales sean procesados correctamente, promoviendo una economía circular.
7. Fortalecimiento del comercio internacional
La armonización de las mediciones a nivel global fortalece el comercio internacional. Gracias a la metrología, los productos fabricados en un país pueden ser aceptados en otro sin necesidad de verificaciones adicionales. Esto reduce las barreras comerciales y fomenta la cooperación internacional.
A modo de conclusión, la metrología no es solo una herramienta técnica; es un elemento estratégico para el crecimiento y la competitividad industrial. Desde la garantía de calidad hasta la innovación y la sostenibilidad, sus beneficios son transversales a todos los sectores productivos. En un mundo donde la precisión es sinónimo de progreso, la metrología se consolida como un aliado indispensable para la industria del siglo XXI.
