ROGELIO NICOLÁS UENTES ORTEGA
66
Instituto Politécnico Nacional CENTRO DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN TECNOLÓGICA DISEÑO DE UNA MÁQUINA PARA LA FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS ACCIONADA CON MOTORES SIN ESCOBILLAS DE CD CONTROLADOS BAJO ARQUITECTURA EMBEBIDA TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: MAESTRO EN TECNOLOGÍA AVANZADA PRESENTA: ROGELIO NICOLÁS FUENTES ORTEGA DIRECTOR DE TESIS: M EN C VIRIDIANA HERNÁNDEZ HERRERA M EN T A OCTAVIO SÁNCHEZ GARCÍA MÉXICO, CDMX. JULIO DE 2019.
Transcript of ROGELIO NICOLÁS UENTES ORTEGA
Instituto Politécnico Nacional
CENTRO DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
DISEÑO DE UNA MÁQUINA PARA LA FABRICACIÓN DE CIRCUITOS
IMPRESOS ACCIONADA CON MOTORES SIN ESCOBILLAS DE CD
CONTROLADOS BAJO ARQUITECTURA EMBEBIDA
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRO EN TECNOLOGÍA AVANZADA
PRESENTA:
ROGELIO NICOLÁS FUENTES ORTEGA
DIRECTOR DE TESIS:
M EN C VIRIDIANA HERNÁNDEZ HERRERA
M EN T A OCTAVIO SÁNCHEZ GARCÍA
MÉXICO, CDMX. JULIO DE 2019.
Resumen
La demanda del sector electrónico a nivel mundial crece cada año. Día a día, se suman
consumidores de estos productos de todas edades y todos los niveles adquisitivos, por ende,
la producción en este sector representa una fuente de inversión y empleo sumamente
interesante. Favorablemente, nuestro país se encuentra dentro de la región Norteamérica, la
segunda región más importante en producción de esta industria, que incluye a Canadá,
Estados Unidos y México, con una participación del 15% de la producción mundial [1]. Si
mejoramos el desempeño de la industria electrónica en el país, seremos capaces de
fomentar la producción interna de componentes de alto grado tecnológico, que cumplan con
los principales estándares internacionales de calidad y seguridad, logrando impactar
directamente en el sector electrónico. Es así, como la máquina para la fabricación de
circuitos impresos (CImp-01), propuesta para este proyecto pretende ser un producto que
genere interés para crear emprendimiento en este sector, originando o complementando
empresas para la proveeduría de circuitos impresos que incremente la flexibilidad de
producción y agilidad en la logística nacional, dando a su vez, oportunidad de trabajo al
capital humano calificado ya existente en ingeniería y tecnología, en México.
Abstract
The demand of the electronic sector worldwide grows every year. Day by day, consumers
of these products of all ages and all purchasing levels are added, therefore, production in
this sector represents a source of investment and employment extremely interesting.
Favorably, our country is located within the North America region, the second most
important production region in this industry, which includes Canada, the United States and
Mexico, with a 15% share of world production [1]. If we improve the performance of the
electronic industry in the country, we will be able to promote the internal production of
components of high technological degree, which comply with the main international
standards of quality and safety, having a direct impact on the electronic sector. Thus, as the
machine for the manufacture of printed circuits (CImp-01), proposed for this project aims
to be a product that generates interest to create entrepreneurship in this sector, originating
or complementing companies for the supply of printed circuits that increase the flexibility
of production and agility in the national logistics, giving at the same time, job opportunity
to the qualified human capital already existing in engineering and technology, in Mexico.
Agradecimientos
Este trabajo de desarrollo tecnológico no sería posible sin el apoyo de personas e
instituciones que en mucho colaboraron con la culminación de este trabajo y es por ello por
lo que deseo agradecer a: El Instituto Politécnico Nacional, que me ha abierto puestas hacia increíbles experiencias
profesionales y personales, por darme la oportunidad de crecer y aprender en sus aulas, con
maestros de alta calidad por eso y más soy orgullosamente politécnico. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo económico para la realización
de este proyecto y para seguir mi formación profesional, cumpliendo su compromiso de
fomentar la investigación y el desarrollo en México.
Al Centro de Investigación e Innovación Tecnológica CIITEC-IPN por guiarme en el
aprendizaje de una nueva área de conocimiento, a través de profesores altamente
calificados para brindar calidad de enseñanza, y personal administrativo eficiente en
servicios de control escolar.
A la Maestra Viridiana Hernández Herrera por ser una directora integral con ética
profesional, brindándome siempre apoyo, confianza y orientación, ayudándome a ampliar
mi mente a través de nuevos conocimientos e impulsando mi creatividad por medio de retos
a lo largo del proyecto. Gracias por sus sabios consejos y por ser una excelente directora de
tesis.
Al Maestro Octavio Sánchez Gracía por ser un director integral con ética profesional, por
su comprensión, apoyo, orientación y confianza, ayudándome a superar mis limites
personales y profesionales, compartiendo su conocimiento y experiencia en distintas áreas.
Gracias por sus sabios consejos y por ser un excelente director de tesis.
A los administradores de taller de manufactura del CIITEC por haber bridado las
facilidades para hacer uso de las máquinas para la fabricación de la máquina de prototipado
PCB.
A los miembros del comité tutorial (Dr. Fernando Martínez Piñón, Mtro. Vicente
Mayagoitia Barragán, Dr. José Claudio Cenobio Méndez García) por haberme brindado
parte de su tiempo para observaciones, recomendaciones, revisiones de tesis y evaluación
de este trabajo.
Agradecimientos especiales
A Dios por estar conmigo en todo momento y brindarme la oportunidad de concluir
satisfactoriamente esta etapa de mi vida, dándome las herramientas necesarias, llevándome al lugar
adecuado con las personas adecuadas, para adquirir las habilidades, conocimientos y aprendizajes
que me permitirán crecer como persona y como profesionista, para ayudar mis hermanos en el
camino.
A mi mamá por sus sacrificios para darnos un hogar, sustento y educación, pero sobre todo gracias
por los valores éticos que me inculcaste para ser un buen hombre.
A mis hermanos que, en todo momento, me han brindado enseñanzas de vida, humildad y el valor
del trabajo.
A la maestra Viridiana G. Hernández Herrera por su enseñanza de calidad en las materias que me
impartió, por su comprensión, orientación y apoyo a lo largo de este proyecto.
A los miembros del grupo de trabajo MECS (Gerardo Martínez, Eduardo G. Sotuyo, Luis E. Alanís,
Rubén Sáenz Pérez, Hugo A. Flores, Alexandro Medina, Laura G. Marrujo, Román Ibarra,
Humberto, Davis Ibáñez, Soria y Brandon) por su valiosa amistad, apoyo en moral, consejos y
observaciones sobre este trabajo.
A mis compañeros de trabajo:
Maestra Celia E. Labrada Razo, por sus sabios consejos y apoyo incondicional
Dr. Pedro Lule López, por ser guía y apoyo incondicional.
Dr. Josué Salgado Benítez por creer en mí, por toda la confianza y su apoyo incondicional
Para los amores de mi vida, mi esposa Miriam Alonso Meneses y mi hijo David Fuentes Alonso, que fueron pacientes y tolerantes durante esta travesía, brindándome su amor y apoyo incondicional, ustedes son el motivo para vencer cualquier batalla y superar cualquier reto, las amo con todo mi
ser y este logro se los dedico a ustedes.
Contenido 1. Introducción. .............................................................................................................. 14
1.1. Justificación. .................................................................................................................... 16
1.2. Objetivos .......................................................................................................................... 17
1.2.1. Objetivo General ..................................................................................................... 17
1.2.2. Objetivos específicos. ............................................................................................. 17
1.3. Organización de la tesis. ................................................................................................ 18
2. Antecedentes .............................................................................................................. 19
2.1. Industria Electrónica ...................................................................................................... 19
2.1.1. Prospectiva de consumo de la industria electrónica nacional ......................... 19
2.1.2. Oportunidad de negocio para México. ................................................................ 20
2.1.3. Cadena productiva de la industria de electrodomésticos. ............................... 21
2.2. Investigación y desarrollo de máquinas de prototipado PCB ................................. 21
2.2.1. Circuitos impresos PCB ......................................................................................... 21
2.2.2. Materiales usados en la placa base o soporte aislante. ...................................... 23
2.2.3. Norma para la elaboración de PCB, IPC . ........................................................... 24
2.3. Máquinas CNC. .............................................................................................................. 25
2.3.1. Aplicaciones de las máquinas de CNC para la fabricación de circuitos
impresos. .................................................................................................................................. 26
2.3.2. Estándares mundiales para de instrucciones de programación en código G y
M 27
2.3.3. Coordenadas absolutas e incrementales. ............................................................ 28
2.4. Diseño de un PCB ........................................................................................................... 31
2.4.1. Diseño asistido por computadora CAD. ............................................................. 31
2.4.2. Método de Elemento finito.................................................................................... 32
2.5. Electrónica y control ...................................................................................................... 34
2.5.1. Transistor bipolar de compuerta aislada IGBT .................................................. 34
2.5.2. Transistores de potencia ........................................................................................ 34
2.5.3. Puente H. ................................................................................................................. 35
2.5.4. PWM. ........................................................................................................................ 36
2.5.5. Sistemas de Control. ............................................................................................... 39
2.5.6. Control PID. ............................................................................................................ 40
2.5.7. Motores de CD ........................................................................................................ 41
2.5.8. Clasificación de motores de CC. ........................................................................... 42
2.5.9. Carta de conmutación. ........................................................................................... 45
2.5.10. Torque y par de un motor de corriente eléctrica................................................ 46
2.5.11. Potencia .................................................................................................................... 47
2.5.12. Driver INTECMX14. .............................................................................................. 47
2.5.13. FPGA (Field Programmable Gate Array)............................................................ 48
3. Metodología................................................................................................................ 49
3.1.1. Deficiencias encontradas ....................................................................................... 50
3.1.2. Medición de vibraciones........................................................................................ 50
3.1.3. Validación de diseño con elemento finito en SolidWorks Simulation ............ 52
3.1.4. Estudio de frecuencias con SolidWorks Simulation. ......................................... 53
3.1.5. Resultados de la etapa de diseño. ........................................................................ 54
3.1.6. Selección de rodamientos. ..................................................................................... 61
3.1.7. Ventajas de rodamientos de super precisión. ..................................................... 62
3.1.8. Diseño de Husillo de bolas. .................................................................................. 62
4. Conclusiones .............................................................................................................. 63
5. Trabajos a futuro ....................................................................................................... 63
Bibliografía .......................................................................................................................... 64
Índice de Figuras
Figura 1. Prospectiva del consumo de la industria electrónica nacional. .......................................... 20
Figura 2. Placa de circuito impreso ................................................................................................... 21
Figura 3. Planos de coordenadas con respecto al espacio ................................................................. 29
Figura 4. Planos de coordenadas con respecto a la máquina ............................................................. 29
Figura 5. Coordenadas absolutas e incrementales ............................................................................. 30
Figura 6. Regla de la mano derecha Figura 7. Ejemplo de la regla de la mano derecha ... 30
Figura 9. División de elementos de malla ......................................................................................... 32
Figura 10. Tipos de transistores ........................................................................................................ 34
Figura 11. Transistor de potencia ...................................................................................................... 35
Figura 12. Puente H con transistores ................................................................................................. 36
Figura 13. Estructura de ancho de pulso modulado .......................................................................... 36
Figura 14. Señal periódica ................................................................................................................. 37
Figura 15. Seña no periódica ............................................................................................................. 37
Figura 16. Pulso positivo ................................................................................................................... 38
Figura 17. Pulso negativo .................................................................................................................. 38
Figura 18. Ciclo de trabajo de una señal ........................................................................................... 38
Figura 19. Sistema de control lazo abierto ........................................................................................ 40
Figura 20. Sistema de control lazo cerrado ....................................................................................... 40
Figura 21. Estructura interna de un FPGA ........................................................................................ 48
Figura 1. Croquizado y extrusión, alienadora de guías y centrador de husillo ................................. 57
Figura 3. Mallado de la estructura de la CImp-01 ............................................................................. 57
Figura 4. Armadura Y 2.0-vibraciones-Desplazamientos-Desplazamientos1 .................................. 58
Figura 5. Comportamiento de la fuerza centrífuga ............................................................................ 59
Índice de Tablas
Tabla 1. Clasificación de circuitos impresos ..................................................................................... 22
Tabla 2. Clasificación de PCB's según su densidad .......................................................................... 23
Tabla 3. Ventajas de los circuitos impresos PCB con respecto a los circuitos convencionales ........ 25
Tabla 4. Propiedades del bastidor que conforma el eje Y de la CImp-01 ........................................ 54
Tabla 5. Parámetros de configuración para el aluminio 6063-O ....................................................... 55
Tabla 6. Parámetros de configuración para el Acero al carbono para husillos y ejes riel. ................ 55
Tabla 7. Análisis de frecuencia de la CImp-01 ................................................................................. 55
Tabla 8. Condiciones de carga para el análisis de la CImp-01 .......................................................... 56
Tabla 9. Características de la malla generada para la estructura de la CImp-01 .............................. 57
Tabla 10. Resultados de forma modal ............................................................................................... 58
Tabla 11. Análisis de las amplitudes ................................................................................................. 59
Tabla 12. Frecuencia de la fuerza centrífuga .................................................................................... 59
Tabla 13. Análisis de frecuencias en la estructura de la CImp-01 .................................................... 60
Capítulo 1
1. Introducción. Las máquinas-herramienta de Control Numérico Computarizado (CNC) son equipos
tecnológicos importantes en el campo de la industria de corte de metales y construcción de
maquinaria. En el mercado se encuentra una gran gama de máquinas CNC con diferentes
aplicaciones como: ablación láser, grabado en madera, corte de acrílico, corte de acero o
grabado de circuitos electrónicos, cabe destacar que dependiendo del número de ejes o
bien los grados de libertad, estas máquinas son capaces de generar formas más complejas
en la pieza maquinada [1]. El diseño industrial de máquinas-herramienta CNC es cada vez
más importante e innovador, evolucionando el desarrollo tecnológico en estas máquinas
para ofrecer nuevas dimensiones y aplicaciones a los productos mecatrónicos, logrando
maquinados complejos de mayor precisión y mejores acabados superficiales en las piezas
manufacturadas [2].
Una aplicación específica y de interés para este proyecto, es utilizar el principio de las
máquinas CNC para la manufactura de circuitos impresos (PCB), dado que los PCB son la
base de interconexión entre componentes para obtener una aplicación final. El alto índice
de México como participante en la generación de circuitos impresos crea una oportunidad
de inversión de alrededor 607 millones de dólares al año, únicamente para la fabricación de
televisores. Si se considera que al momento esos insumos son importados, fabricar circuitos
impresos se vuelve un rubro estratégico en el cual nuestro país puede impactar de forma
positiva dentro de la cadena de valor de la industria electrónica. Por ende, diseñar e
implementar una máquina para mencionada aplicación tiene como objetivo hacer eficiente
en tiempo y calidad la manufactura de circuitos impresos.
En comparación con el método de planchado tradicional, una máquina para manufacturar
PCB tiene las siguientes ventajas [3]:
1. Tiempos de fabricación se reducen en un rango aproximado de 70% - 90%.
2. Mejora en la precisión del grosor de las pistas de 0.1 mm o 0.004in.
3. Se mejora la calidad y complejidad de los circuitos.
Ahora bien, para poder obtener estas ventajas, la máquina de manufactura PCB debe ser
concebida desde su diseño como una estructura con mínimo nivel de vibraciones, ya que, si
se considera que todos los cuerpos que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar, la
mayoría de las máquinas y las estructuras experimentan vibraciones y su diseño requiere
consideraciones de su conducta oscilatoria, puesto que si alguna de las fuentes de vibración
presenta frecuencias coincidentes con una de las frecuencias naturales del elemento
estructural, dicho elemento entraría en resonancia, la cual se caracteriza por una amplitud
de vibración excesiva, que puede dañar la estructura. Por lo tanto, es necesario conocer las
diferentes frecuencias naturales o modos de vibración de los elementos estructurales para
evitar las condiciones de resonancia [3]. Además, minimizar las vibraciones permiten
reducir errores de manufactura en el producto final, ya que, de no considerarse, el
porcentaje de tolerancia en el maquinado de vías y conexiones en el PCB se incrementará
afectando a la precisión y repetibilidad del producto.
Los circuitos impresos son parte integral de la mayoría de los sistemas electrónicos y se
encuentran comúnmente en productos electrónicos de consumo, aplicaciones militares y
equipos médicos, etc. Estos son el elemento central de todas las unidades electrónicas, la
rápida innovación en tecnología ha resultado en la disponibilidad de productos electrónicos
mejores y más baratos en el mercado, haciendo que los productos se vuelvan obsoletos más
rápido y acortando la vida útil del producto.
Las tecnologías de mecanizado y los modernos sistemas inteligentes son de alto costo y
requieren un manejo sencillo y una máquina integrada con varios dispositivos para realizar
múltiples tareas de mecanizado. Los fabricantes pueden acceder a las máquinas controladas
numéricamente por computadora para realizar varias tareas de mecanizado debido a la
efectividad en la precisión de manejo. La mayoría de las máquinas CNC son costosas
debido a su diseño de máquina y software complejo.
El CNC es un sistema versátil que permite al usuario controlar el movimiento de las
herramientas y partes a través de datos numéricos. La aplicación de la máquina CNC es
para realizar diversas tareas de mecanizado mediante el uso de códigos G y M. El código G
es el punto a punto lenguaje de programación coordinado utilizado en la máquina CNC para
operar las herramientas en las direcciones X, Y y Z para lograr un rápido movimiento,
interpolación lineal, interpolación en sentido horario o antihorario, etc.
En los procesos de máquina, las máquinas CNC se utilizan generalmente para taladrar,
maquinados en alto y bajo relieve. Hoy en día, la máquina CNC se puede encontrar en
cualquier campo de unidades de fabricación que también incluye el proceso de mecanizado
láser.
Las máquinas de control numérico son equipos que nos permiten hacer movimientos en los
maquinados que normalmente no se pueden realizar de forma manual en las máquinas
convencionales como círculos, líneas en diagonal, cortes en alto y bajo relieve o 3D.
Gracias a los avances tecnológicos encontramos una gran cantidad de aplicaciones de las
máquinas de control numérico sobre todo en el área metal mecánica.
Sin embargo, la necesidad del hombre ha llevado esta tecnología a otros campos de
aplicación por ejemplo en impresoras 3D, las cuales tienen sus principios en las máquinas
de CNC, con estas máquinas es posible reproducir elementos mecánicos como engranes,
poleas, estructuras para robots e incluso estructuras óseas.
1.1. Justificación.
El consumo global de electrónicos tiene una tasa media de crecimiento anual real de 4.5%
en prospectiva al 2020, este crecimiento presenta una oportunidad importante de negocio
para México. Según la Secretaría de Economía, nuestro país está considerado dentro de la
región norteamericana, la segunda a nivel mundial de productores para la industria
electrónica. Adicionalmente, México es uno de los principales exportadores de electrónicos
de consumo, estimando que la producción en este sector crecerá un 3.2% anual, lo que
representa el incremento en inversión de 62,000 millones a 75,000 millones de dólares en
siete años. Dentro de la producción nacional se encuentran en componentes activos: diodos,
transistores, circuitos integrados, entre otros. Y en componentes pasivos: circuitos
impresos, conectores, capacitores e inductores [4].
Sin embargo, las empresas nacionales dedicadas al diseño y/o fabricación de componentes
electrónicos son escasas, en consecuencia, la demanda excede a estos prestadores de
servicios, obligando a empresas mexicanas recurrir a importaciones. Un claro ejemplo es la
fabricación de televisores, en donde México se muestra como el primer exportador de
televisores a nivel mundial, se estima que cerca del 94% [5] de los componentes utilizados
para su ensamble y funcionamiento son productos importados, siendo los componentes de
mayor consumo componentes pasivos, encontrándose los circuitos impresos dentro de
estos. La generación de circuitos impresos es de gran importancia ya que son la base de
interconexión entre componentes para lograr obtener una aplicación final. El alto índice de
México como participante en la generación de circuitos impresos crea una oportunidad de
inversión de alrededor 607 millones de dólares al año, únicamente para la fabricación de
televisores. Si se considera que al momento esos insumos son importados, fabricar circuitos
impresos se vuelve un rubro estratégico en el cual nuestro país puede impactar de forma
positiva dentro de la cadena de valor de la industria electrónica.
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
Diseñar y fabricar una máquina de prototipado PCB de tres ejes, accionada con
motores BLDC, empleando el controlador INTECMX14, programado bajo
arquitectura concurrente en FPGA.
1.2.2. Objetivos específicos.
• Diseñar y modelar el sistema mecánico de la CImp-01 empleando SolidWorks.
• Seleccionar los materiales para la fabricación del bastidor y los motores BLDC
apropiados para los desplazamientos en los ejes X, Y, Z.
• Maquinado de bases para los motores y guías de alineación.
• Adaptar el controlador INTECMX14 para el control de la velocidad y posición de
cada motor BLDC.
• Diseñar y construir los sistemas electrónicos de aislamiento y potencia para
controlar los motores BLDC.
• Realizar pruebas de los sistemas electrónicos y mecánicos.
1.3. Organización de la tesis.
La organización de la presente tesis está sustentada en la fabricación de una máquina para
la manufactura de circuitos impresos accionada con motores sin escobillas de CD
controlados bajo arquitectura embebida. El documento se encuentra dividido en 5 capítulos
los cuales presentan el siguiente contenido.
El capítulo 1 está integrado con una breve introducción en la que se hace énfasis a la
importancia de la fabricación de circuitos impresos y el impacto en el sector académico e
industrial, utilizando máquinas de CNC diseñadas para dicha aplicación. Además, se
integran la justificación y objetivos que se persiguieron durante el desarrollo y conclusión
de este trabajo.
En el capítulo 2 se presenta un estudio encaminado en la descripción de los conceptos
básicos fundamentales que proporcionan un panorama general de los factores que
intervienen de forma directa e indirecta para la fabricación de circuitos impresos. Así cómo,
el estado del arte, como parte fundamental de este proyecto donde se realiza un análisis de
las ventajas y desventajas de los equipos para fabricación de circuitos impresos.
En el capítulo 3 se concentra la descripción para el desarrollo de este trabajo de
investigación, documentando los materiales necesarios y la metodología llevada a cabo para
el diseño y fabricación de la CImp-01.
En el capítulo 4 se presentan la discusión de los resultados obtenidos de cada una de las
pruebas realizadas bajo el módulo propuesto.
Finalmente, en el capítulo 5 se presentan las conclusiones obtenidas, planteando a su vez el
trabajo a futuro.
Capítulo 2.
2. Antecedentes El presente capítulo tiene la finalidad de sentar las bases generales concernientes a los
circuitos impresos. La idea es partir de la descripción de los conceptos generales, para
después orientar su atención a la particularidad.
2.1. Industria Electrónica
Los productos electrónicos como televisores, equipos de cómputo o teléfonos celulares
están formados por Ensambles de Circuitos Impresos, también conocidos como PCAs
(Printed Circuit Assemblies, en inglés), componentes mecánicos (tapas, soportes, teclados,
marcos de pantalla, bases, chasis, entre otros), material impreso (etiquetas y manuales de
servicio) y material de empaque. El ensamble PCA se encuentra en el interior de los
productos electrónicos y en general está compuesto por componentes electrónicos y
eléctricos, software embebido y circuitos impresos (PCB; Printed Circuit Board), siendo
este último la aplicación final de la CImp-01 desarrollada en este proyecto.
2.1.1. Prospectiva de consumo de la industria electrónica nacional
El consumo global de electrónicos tiene una tasa media de crecimiento anual real de 3.2%
en prospectiva al 2020, este crecimiento presenta una oportunidad importante de negocio
para México. Nuestro País, es el primer lugar en exportar televisores de pantalla plana a
nivel mundial y 4to en exportar computadoras, micrófonos, altavoces y auriculares a nivel
mundial.
En 2014, la producción global de electrónicos fue de 3,789 miles de millones de dólares
(mmd). Se estima que en 2020 el valor de la producción alcanzará un monto de 4,668 mmd,
con una tasa media de crecimiento anual (TMCA) real de 3.5% para el periodo de 2014-
2020. El subsector con mayor producción fue el de semiconductores (1,396 mmd) con una
TMCA real (2014- 2020) de 5.5%, mientras que audio y video obtuvo la menor producción
(471 mmd) con una TMCA real (2014-2020) de 5.0%.
El consumo global de electrónicos alcanzó un valor de 3,730 mmd en 2014. Se estima que
para el 2020 el consumo aumentará a 4,427 mmd, con una TMCA real de 4.5% en el
periodo de 2014-2020.
Figura 1. Prospectiva del consumo de la industria electrónica nacional.
2.1.2. Oportunidad de negocio para México.
México cuenta con una industria electrónica especializada en la manufactura de productos
electrónicos, principalmente en aquellos de consumo (televisiones, celulares y
computadoras). Sin embargo, las empresas nacionales dedicadas al diseño y/o fabricación
de componentes electrónicos son muy escasas, por lo que no se logra cubrir la demanda. Se
estima que cerca del 97% de ellos son importados, lo que representa grandes oportunidades
para inversión. En México, las familias de componentes más demandados y de mayor
importancia para la producción de productos electrónicos de consumo son pantallas,
semiconductores y componentes pasivos, dentro de estos últimos se encuentras los PCB.
Nuestro país tiene el:
1° lugar como exportador de refrigeradores con congelador y puertas exteriores separadas
y calentadores de agua excepto los eléctricos.
2°lugar como exportador de aires acondicionados y calentadores eléctricos de agua
3° lugar como exportador de lavadoras con capacidad superior a 10 kg, refrigeradores de
compresión y estufas de gas.
2.1.3. Cadena productiva de la industria de electrodomésticos.
En general, los productos electrodomésticos tales como refrigeradores, lavadoras, aires
acondicionados, estufas, entre otros, están formados por partes y componentes metálicos
como son puertas, bisagras, soportes, molduras y parrillas, partes y componentes plásticos
entre los que se encuentran mangueras, abanicos y molduras, componentes eléctricos,
ensambles eléctricos como cables, fusibles, conectores, arneses y ensambles de circuitos
impresos también conocidos como PCAs (Printed Circuit Assemblies) formados por
componentes pasivos y activos, software embebido y circuitos impresos.
2.2. Investigación y desarrollo de máquinas de
prototipado PCB
2.2.1. Circuitos impresos PCB
De acuerdo con Groover (), un tablero de circuitos impresos (PCB), es un panel plano
chapeado con material aislante, diseñado para proporcionar conexiones eléctricas entre los
componentes electrónicos que se encuentran en él.
El PCB o tarjeta electrónica es muy usada cuando se trabaja en diseño electrónico,
mecatrónico, eléctrico, también en investigación, producción y manufactura y desarrollo de
productos innovadores. Actualmente, todos los productos (electrónicos o no) tienen por
dentro de sí tarjetas electrónicas con diferentes formas, características, tamaños,
componentes y colores. Los PCB están formados por un sustrato aislante con revestimiento
de cobre que es usado para realizar las conexiones eléctricas entre los componentes
mediante pistas delgadas de este material conductor.
Figura 2. Placa de circuito impreso
El espesor del sustrato está en un rango entre 0.8 y 3.2 mm y el de la capa de cobre
aproximadamente 0.04 mm. Existen tres tipos especiales de tableros de circuitos impresos,
los de un solo lado donde la capa de cobre está en un solo lado del sustrato, los de dos lados
y los de multicapas que contienen capas alternadas de elemento conductor y aislante. Sin
embargo, los más usados son los de uno y dos lados.
Los PCB tienen las siguientes funciones:
• Soportar sus propios componentes.
• Soportar sus interconexiones eléctricas.
• Funcionar como conductor.
• Simplificar las conexiones.
Para su diseño se siguen reglas establecidas por la naturaleza de los equipos o sistemas
electrónicos y, además, se clasifican en 3 tipos:
1. De simple cara: con conductores en una sola superficie plana de la base aislante.
2. De doble cara: con conductores en ambas caras de la base aislante, con agujeros
metalizados para la interconexión entre caras, u otros medios.
3. Multicapa: Con tres o más capas de conductores separados por material aislante
y usualmente interconectados a través de agujeros metalizados.
En toda placa impresa, es necesario conjugar la limitación de su superficie con los
elementos (componentes e interconexiones) que es necesario equipar según indica el
circuito. Existen o pueden existir una serie de incompatibilidades, dada la diversidad de
tamaños y formas de sus componentes, el número de éstos, la complejidad de sus
interconexiones, etc.
Para su fabricación es deseable, conocer una medida que ayude a imaginar el orden de la
densidad de una placa impresa y que permita tipificarlas. Para ello, se toma como unidad de
densidad el número de barrenos para montar componentes, por decímetro cuadrado de
superficie útil. Esta unidad sirve como referencia para conocer, en una primera
aproximación la porción de circuito que puede montarse eficazmente en cada caso.
Usualmente, los valores mostrados la Tabla 1 corresponden con las distintas clases de
placas impresas.
Tabla 1. Clasificación de circuitos impresos
Circuito Impreso No. de barrenos para montaje por dm2 de
superficie
Simple cara 50 y 150
Doble cara 150 y 300
Multicapa Más de 300
Existe un sistema de clasificación de placas impresas por sus densidades, que proporciona
el grado de concentración de conductores, nudos y barrenos. Este dato, junto con otros
factores tales como el tamaño de la placa, determinan las tolerancias permitidas en las
distintas fases del diseño y de los procesos de fabricación. El sistema de clasificación
consiste en dos dígitos. El primer dígito representa el tipo de placa (número de capas y tipo
de conexiones a través de ellas), y el segundo dígito está relacionado con el máximo de
concentración local de conductores.
Para el primer dígito, podemos formar el cuadro de clasificación siguiente:
Tabla 2. Clasificación de PCB's según su densidad
1er Dígito Tipo de Placa
1 Simple o doble cara, sin agujeros metalizados
2 Doble cara, con agujeros metalizados
3 Multicapa, con agujeros metalizados
El segundo dígito de la clasificación indica la máxima concentración de conductores, de tal
manera que cuanto mayor sea la densidad en la placa impresa, más elevado será el valor de
este dígito. Para considerar la cuantía de la densidad de las placas impresas se introducen
las tres variables siguientes:
• Anchura nominal de los conductores.
• Separación nominal entre los conductores.
• Diferencia entre el diámetro nominal de los nudos y el diámetro nominal de los
agujeros correspondientes.
Según esto, el segundo dígito de la clasificación de una placa impresa en diseño será el
menor número para el cual los valores mínimos correspondientes a las variables arriba
indicadas están satisfechos sobre toda la placa.
2.2.2. Materiales usados en la placa base o soporte aislante.
De acuerdo con la aplicación de la placa impresa los materiales de soporte pueden ser
elegidos entre los siguientes:
a) Resinas fenólicas rígidas, con papel impregnado en ellas (Material Rígido)
b) Poliéster rígido, con fibra de vidrio impregnado en él. (Material Rígido).
c) Resina epoxi, con papel impregnado en ella. (Material Rígido).
d) Resina epoxi con fibra de vidrio impregnado en ella. (Material Rígido).
e) Lámina Film de mylar, teflón o poliamidas. (Material Flexible).
En la actualidad, se hace uso del principio de funcionamiento de las máquinas de CNC para
la fabricación de circuitos impresos con una aplicación específica y de interés.
2.2.3. Norma para la elaboración de PCB, IPC .
Para el diseño de PCB, una entidad norteamericana fundada en 1957, el IPC (Association
Connecting Electronics Industries), desde 1995 desarrolló una serie de normas para el
diseño de PCB, los cuales ayudan a optimizar el proceso completo de manufactura, reducir
el tiempo de lanzamiento al mercado, y obtener un producto con mejor desempeño. Al IPC
están afiliadas más de 3500 compañías entre las que se encuentran las multinacionales
como Samsung, Motorola, Siemens, también manufacturadores como Jabil, Sanmina,
Flextronics, como pero también fabricantes de PCB, diseñadores, consultores, estudiantes,
ingenieros, técnicos, ensambladores y en general especialistas e interesados en la
conectividad electrónica (tarjetas, cables, soldaduras, materiales, productos completos,
cajas), así como los estudios de mercado, políticas y reglamentación que afecten la
industria.
Actualmente muchos estudiantes y técnicos, tecnólogos, ingenieros, diseñadores,
investigadores, estudiantes de postgrado en áreas de mecatrónica, electrónica, diseño
industrial, software y sistemas, electricidad, diseñan PCB, también como emprendedores y
empresarios, tanto en empresas como en instituciones educativas, centros de I+D
(investigación y Desarrollo Tecnológico), pero sin conocer las normas, el proceso de diseño
de calidad, tampoco métodos, reglas, ni las recomendaciones, buenas prácticas y técnicas
de diseño de PCB.
Adicionalmente cuando se quieren certificar productos para exportar, las normas y procesos
pueden ayudar a obtener un producto con bajos niveles de contaminación electromagnética
y que sea compatible donde opera o tenga EMC (Electromagnetic Compatibility).
Tabla 3. Ventajas de los circuitos impresos PCB con respecto a los circuitos convencionales
Circuitos Convencionales Circuito Impreso
Inestabilidad en las conexiones No presenta inestabilidad.
Máximo 1 A Soporta altas corrientes
Problemas a altas frecuencias (KHz) Trabaja en bajas y altas frecuencias
Lógica digital. Lógica digital y analógica.
No compatible con todos los empaquetados Se configura a nuestras necesidades
Riesgo de corto circuito Se identifican fácilmente los componentes
Difícil detección de fallas Ahorro de espacio
No se puede reproducir en serie Producción en serie
Fácil mantenimiento
2.3. Máquinas CNC.
La implementación de una máquina fresadora CNC para la fabricación de PCB, ha sido un
tema de estudio e investigación para profesionales en el área de la electricidad y la
electrónica, así como también lo ha sido para la industria y algunos centros educativos. [1]
Los ejes de estas máquinas son movidos por medio de tornillos sin fin accionados por
servomotores o motores paso a paso. Las señales procedentes del controlador de la máquina
son amplificadas por unas unidades, de modo que se obtenga la potencia para operar los
motores. [5] Una estructura de control con retroalimentación es la que brinda una mayor
precisión y exactitud en sistemas de movimientos de varios ejes [6].
La programación CNC está integrada por una serie de funciones codificadas (un código
estándar), que permite controlar el movimiento de la herramienta en la pieza de trabajo. Ese
código estándar es denominado código G y M. [8-10]. La función de los módulos CNC se
encuentra dividida en dos partes: [11,13] un tiempo real bajo para la interfaz hombre-
máquina, análisis del código, etc., y [12,16] una respuesta en tiempo real, principalmente
para el control de los motores, es claro que se requiere que el sistema CNC tenga una
velocidad alta, más funcional y adecuada para la alta velocidad que utilizan las
herramientas de las máquinas CNC.
El sistema del prototipo se divide en las siguientes tres componentes principales:
1. Software: Incluye el diseño del PCB mediante un programa de diseño CAD
automatizado capaz de generar archivos en formato Gerber. La herramienta software
utilizada aquí fue Eagle 7.2.0 [18]. La interfaz del usuario y generación del código G es
realizado por la herramienta PCB-Gcode [19]. La visualización y comunicación de las
coordenadas y demás datos necesarios a la máquina con la interpretación del código G es
realizada mediante el software LinuxCNC [20] sobre un OS RT-Linux de 32 bits.
2. Hardware electrónico: Constituida por los dispositivos electrónicos como es la tarjeta
de potencia la cual se encarga de recibir los datos de control del equipo, en este caso el
computador, y generarlas señales de control - fuerza para cada uno de los ejes de
posicionamiento. [15]
3. Estructura mecánica: Corresponde a la estructura soporte, los ejes y el motor de
fresado. La estructura mecánica se compone de tres ejes de posicionamiento, tres motores
BLDC encargados de movimiento entre cada uno de los ejes y por último la máquina
encargada de realizar el fresado. En la actualidad, aun las empresas más pequeñas cuentan
con maquinaria automática basada en electrónica que permite que las operaciones y
procesos de producción sean más eficientes y que las empresas se vuelvan mucho más
competitivas. Para dar respuesta a la creciente necesidad de profesionales que no solo
manejen y reparen estos equipos de hardware y software, sino que también puedan diseñar
equipo hecho a la medida, fue necesario que las universidades dieran un paso adelante con
carreras que satisficieran esta necesidad [13]. Debido a que la electrónica es el fundamento
de la mayoría de los sistemas de control automático, uno de los tópicos obligados para
todas estas carreras es el diseño de sistemas electrónicos.
Las tecnologías de mecanizado y los modernos sistemas inteligentes son caros y requieren
un manejo sencillo y una máquina integrada con varios dispositivos para realizar múltiples
tareas de mecanizado. Los fabricantes pueden acceder a las máquinas controladas
numéricamente por computadora (CNC) para realizar varias tareas de mecanizado debido a
la efectividad en la precisión de manejo. La mayoría de las máquinas CNC son costosas
debido a su diseño de máquina y software complejo pero eficiente [12].
2.3.1. Aplicaciones de las máquinas de CNC para la fabricación
de circuitos impresos.
En los procesos de máquina, las máquinas CNC se utilizan generalmente para taladrar,
procesar máquina, unidad de trituración, láser, máquina de trabajo de la prensa de chapa,
máquina que tuerce del tubo y así sucesivamente. Mientras tanto, el no-máquina Los
procesos CNC constan de máquinas de soldadura (doblez y resistencia), cinta métrica y
máquinas de torcer fibras para máquina de medición de dirección de materiales compuestos
y electrónica. Hoy en día, la máquina CNC se puede encontrar en cualquier campo de
unidades de fabricación que también incluye el proceso de mecanizado láser.
Actualmente se hace uso del principio de funcionamiento de las máquinas de CNC para la
fabricación de circuitos impresos con una aplicación específica y de interés para este
proyecto, es utilizar el principio de las máquinas CNC para la manufactura de circuitos
impresos PCB, dado que los PCB son la base de interconexión entre componentes para
obtener una aplicación final. El alto índice de México como participante en la generación
de circuitos impresos crea una oportunidad de inversión de alrededor 607 millones de
dólares al año, únicamente para la fabricación de televisores. Si se considera que al
momento esos insumos son importados, fabricar circuitos impresos se vuelve un rubro
estratégico en el cual nuestro país puede impactar de forma positiva dentro de la cadena de
valor de la industria electrónica.
2.3.2. Estándares mundiales para de instrucciones de
programación en código G y M
2.3.2.1. ISO 6983 (International Standarization Organization).
El programa presenta un formato de frases conformadas por bloques, encabezados por la
letra N, tal como vemos en la figura de abajo, donde cada movimiento o acción se realiza
secuencialmente y donde cada bloque está numerado y generalmente contiene un solo
comando.
2.3.2.2. EIA RS274 (Electronic Industries Association)
ISO/EIA Estándares de instrucciones de programación (código) que permiten a la máquina
herramienta llevar a cabo ciertas operaciones en particular
2.3.2.3. Estándar EIA-267-C
Define el sistema coordenado de las máquinas y los movimientos de esta. La programación
nativa de la mayoría de las máquinas de Control Numérico Computarizado se efectúa
mediante un lenguaje de bajo nivel llamado G & M.
Se trata de un lenguaje de programación vectorial mediante el que se describen acciones
simples y entidades geométricas sencillas (básicamente segmentos de recta y arcos de
circunferencia) junto con sus parámetros de maquinado (velocidades de husillo y de avance
de herramienta). El nombre G & M viene del hecho de que el programa está constituido por
instrucciones Generales y Misceláneas.
Los programas de G&M son simples archivos de texto ASCII (sólo mayúsculas, números y
signos de puntuación tradicionales, por lo que es muy frecuente que los programas se
almacenen y comuniquen usando un formato restringido de 6 bits). Estos programas pueden
ser cargados a pie de máquina usando su teclado o ser transportados desde una PC con
diskettes, cables seriales RS232C o USB. Si bien en el mundo existen aún diferentes
dialectos de programación con códigos G&M, se dio un gran paso adelante a través de la
estandarización que promovió la ISO.
Estos programas pueden ser cargados a pie de máquina usando su teclado o ser
transportados desde una PC con diskettes, cables seriales RS232C o USB.
En términos generales los códigos G, tienen que ver con funciones de maquinado, mientras
que los códigos M, tienen que ver con funciones propias de la máquina.
Códigos G’s Funciones de movimiento de la máquina (Movimientos rápidos, avances,
avances radiales, pausas, ciclos) Códigos M’s Funciones misceláneas que se requieren para
el maquinado de piezas, pero no son de movimiento de la máquina (Arranque y paro del
husillo, cambio de herramienta, refrigerante, paro de programa, etc.).
2.3.3. Coordenadas absolutas e incrementales.
Para definir las coordenadas de trabajo en la máquina, primero definiremos los siguientes
conceptos importantes:
Cero máquina: Es el origen de coordenada X0, Y0, Z0, de la máquina lo que significa que
ya tienen un punto de referencia que normal mente se conoce como Home, el cero máquina
normalmente lo pone el fabricante prácticamente es el origen de los ejes. Es un punto en el
cual la misma máquina herramienta verifica su calibración, esta puede variar de modelo a
modelo.
Cero pieza: Esta coordenada la configura el operador de la máquina, es el punto de origen
de la pieza, a partir del cual se programan los movimientos. Se puede colocar en cualquier
parte de la pieza. Este punto el más importante, pues se constituye en la coordenada 0, 0, 0
a partir de la cual se desarrolla la geometría de la figura a trabajar.
Figura 3. Planos de coordenadas con respecto al espacio
Figura 4. Planos de coordenadas con respecto a la máquina
Existen dos tipos fundamentales de coordenadas programables en un control Fanuc:
• Coordenadas absolutas (G90).
• Coordenadas relativas (G91).
Con la programación absoluta se indica al CNC el punto final de la trayectoria,
mientras que empleando la programación incremental se programa la distancia que se debe
desplazar la herramienta respecto del último punto conseguido. Así mismo, estas se dividen
en:
• Coordenadas cartesianas
• Coordenadas polares
Figura 5.
Coordenada
s absolutas
e
incremental
es
2.3.3.1. Regla o ley de la mano derecha.
La regla de la mano derecha es un método para determinar sentidos vectoriales, y tiene
como base los planos cartesianos. Se emplea prácticamente en dos maneras: para sentidos y
movimientos vectoriales lineales, y para movimientos y direcciones rotacionales.
Figura 6. Regla de la mano derecha Figura 7. Ejemplo de la regla de la mano derecha
Coordenadas absolutas
p x y
p1 0 0
p2 30 13
p3 30 26
p4 60 43
Coordenada incremental
p x y
p1 0 0
p2 30 13
p3 0 13
p4 30 17
2.4. Diseño de un PCB
2.4.1. Diseño asistido por computadora CAD.
El término CAD proviene del acrónimo inglés Computer Aided Design, que se traduce
como Diseño Asistido por Computador (DAC), o Diseño Asistido por Ordenador (DAO),
aunque el acrónimo inglés es el más utilizado. En un sentido amplio, podemos entender el
CAD como la aplicación de tecnologías de la información y de la comunicación al proceso
de diseño.
El citado proceso de diseño puede acelerarse mediante el uso de herramientas informáticas
que faciliten las diversas fases (modelado, prototipado, pruebas, etc.). Cuando esto ocurre,
se dice que tenemos un sistema de diseño asistido por computador, es decir, un sistema
CAD.
Si el proceso de diseño se apoya en herramientas informáticas que permiten la fabricación
de las piezas diseñadas, se habla entonces de CAM (Computer Aided Manufacturing).
Cuando las herramientas informáticas se utilizan para ayudar (o sustituir) a las tareas de
análisis de algunos procesos de ingeniería, se habla de CAE (Computer Aided
Engineering). Ejemplos de CAE serían las herramientas capaces de calcular estructuras,
analizar la durabilidad de piezas, o calcular la resistencia aerodinámica o hidrodinámica de
un objeto. Los sistemas CAD/CAM/CAE se pueden emplear en prácticamente todos los
campos de la ingeniería.
Normalmente, un diseño o modelo es necesario previamente para fabricar o analizar los
objetos, por lo que un sistema CAD es casi siempre necesario para realizar CAM o CAE.
Es por ello por lo que muchas veces se habla de CAD/CAM o CAD/CAE, aunque algunas
veces se habla de sistemas CAD para referirse a los tres conceptos.
2.4.1.1. Herramientas de diseño con SolidWorks.
SolidWorks es un programa de diseño asistido por computadora para modelado mecánico
desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una subsidiaria de Dassault Systèmes
(Suresnes, Francia), para el sistema operativo Microsoft Windows. Es un modelador de
sólidos paramétrico. Fue introducido en el mercado en 1995 para competir con otros
programas CAD como Pro/ENGINEER, NX, Solid Edge, CATIA, y Autodesk Mechanical
Desktop.
El programa permite modelar piezas como ensambles y extraer de ellos tanto dibujos de
detalle como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un programa que
funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El proceso
consiste en trasvasar la idea mental del diseñador al sistema CAD, "construyendo
virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros
de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.
Para realizar la propuesta se utilizó la paquetería de diseño asistido por computadora
SolidWorks en la cual se dibujó cada uno de los elementos mecánicos que integran la
máquina para manufactura de circuitos impresos. Una vez elaborado el diseño se realizó la
simulación del desplazamiento de los ejes para llevar acabo las pruebas de colisiones y
fricción entre elementos.
El presente trabajo consiste en el diseño de una máquina para la manufactura de circuitos
impresos (CImp-01), que desde la etapa de diseño contemple reducir las vibraciones en la
estructura de la máquina de PCB, comprobándose mediante el análisis de elemento finito,
aplicando un estudio de frecuencia para analizar la simulación de la resonancia en la
estructura de la CImp-01. La estructura está formada por elementos estructurales como
perfiles tubulares extruidos y barras de acero, que serán capaces de soportar condiciones de
cargas estáticas, como ejemplo, el peso propio de la estructura.
2.4.2. Método de Elemento finito.
El concepto básico puede ser parcialmente ilustrado a través de un antiguo problema:
encontrar el perímetro L de un círculo cuyo diámetro es d. Como L =d, esto equivale a
obtener un valor numérico para . Se dibuja un círculo de radio r y diámetro d = 2r como
se muestra en la figura a. Se inscribe un polígono regular de n lados, donde n =8 en la
figura b. Se renombran los lados del polígono como elementos y los vértices como nodos.
Las etiquetas de los nodos son enteros que van de 1 a 8. Considérese un elemento típico, el
que une los nodos 4-5, como se muestra en la figura c. Este es un caso del elemento
genérico i − j mostrado en la figura d. La longitud del elemento es Lij = 2r sen (π/n) =m 2r
sen (180°/n). Como todos los elementos tienen la misma longitud, el perímetro del polígono
es Ln= nLij, de donde la aproximación para resulta n=Ln/d = sen (180°/n).
2.4.2.1. Estudio dinámico y estudio estático en estructuras.
Figura 8. División de elementos de malla
Una estructura está formada por elementos estructurales como vigas, canales, perfiles
tubulares entre otros, que serán capaz de soportar condiciones de fuerzas a las cuales
estarán sometidas a cargas. Condiciones a las cual podemos llamar condiciones estáticas, a
todas las acciones que puedan actuar sobre la estructura como el peso propio, cargas
permanentes, se consideran estáticas porque no varían con el tiempo, se mantienen en una
condición estable. Las cargas dinámicas que pueden afectar a una estructura pueden ser el
aire, vibraciones, los sismos, en este caso varían con el tiempo o dependen del tiempo, la
vibración es un comportamiento que al final se amortigua y desaparece con el tiempo.
2.4.2.2. Vibraciones.
El estudio de las vibraciones se refiere a los movimientos de los cuerpos y a las fuerzas
asociadas con ellos. Todos los cuerpos que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar.
Una vibración mecánica es el movimiento de una partícula o cuerpo que oscila alrededor de
una posición de equilibrio. La mayoría de las máquinas y estructuras experimentan
vibraciones hasta cierto grado por lo que su diseño requiere la consideración de este efecto
dinámico debido a que ocasiona un aumento en los esfuerzos y tensiones.
Una vibración se produce cuando el sistema en cuestión es desplazado desde una posición
de equilibrio estable, el sistema tiende a retornar a dicha posición, bajo la acción de fuerzas
de restitución elásticas o gravitacionales, moviéndose de un lado a otro hasta alcanzar su
posición de equilibrio. El intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo
completo de movimiento se llama periodo de vibración, el número de ciclos por unidad de
tiempo define la frecuencia y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de
equilibrio se denomina amplitud de vibración.
Por otro parte, la estructura puede ser afectada por cargas dinámicas como pueden ser las
vibraciones, que en este caso tienen un comportamiento con respecto al tiempo ya que se
amortiguan y desvanecen con el tiempo.
2.4.2.3. Resonancia
Toda estructura física tiene una nota en particular con la cual resuenan, como si fueran
notas musicales, todos los objetos tienen esta propiedad, algunos más audibles que otros, se
dice que es la frecuencia a la que resuenan, esta frecuencia puede ser medida contando el
numero de vibraciones por segundo.
Cuando una fuerza se aplica repetidamente a un sistema con la frecuencia natural del
mismo, el resultado es la aparición de oscilaciones de gran amplitud, este fenómeno se
llama resonancia. La resonancia es un fenómeno se produce cuando un cuerpo capaz de
vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica.
2.5. Electrónica y control
2.5.1. Transistor bipolar de compuerta aislada IGBT
El término “transistor” es la contracción en inglés de transfer resistor (“resistencia de
transferencia”). Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión
actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas. inventado en 1951.
2.5.2. Transistores de potencia
Los transistores de potencia tienen características controladas de encendido y apagado. Los
transistores que se utilizan como elementos de conmutación se en la región de saturación y
producen una pequeña caída de voltaje en el estado de encendido. Los transistores de
potencia se pueden clasificar, de manera general en cinco categorías:
➢ Transistores bipolares de unión (BJT).
➢ Transistores de efecto campo de metal óxido semiconductor (MOSFET).
➢ Transistores de inducción estática (SIT).
➢ Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT).
➢ COOLMOS.
Es una integración funcional de los transistores de efecto campo (MOSFET) de poder y la
potencia de los transistores bipolares (BJT) en forma monolítica. Combina los mejores
atributos de ambos para lograr las características óptimas del dispositivo. El IGBT es
adecuado para muchas aplicaciones en electrónica de potencia, especialmente en Pulse
Controles servo y trifásicos de ancho modulado (PWM) que requieren un alto rango
dinámico de control y bajo nivel de ruido.
Figura 9. Tipos de transistores
También se puede usar en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), Fuentes de
alimentación conmutadas (SMPS) y otros circuitos de potencia que requieren un alto nivel
de conmutación tasas de repetición IGBT mejora el rendimiento dinámico y la eficiencia y
reduce el nivel de ruido audible.
Principales ventajas de IGBT sobre un Power MOSFET y un BJT:
• Tiene una caída de voltaje en estado muy bajo debido a la modulación de
conductividad y tiene densidad de corriente superior en estado.
• Baja potencia de conducción y un circuito de accionamiento simple debido a la
estructura de la entrada puerta MOS. Se puede controlar fácilmente en aplicaciones
de alto voltaje y alta corriente.
• Wide SOA. Tiene una capacidad de conducción de corriente superior en
comparación con el transistor bipolar. También tiene un excelente bloqueo hacia
adelante y hacia atrás capacidades.
Principales inconvenientes:
• La velocidad de conmutación es inferior a la de un MOSFET de potencia y superior
a la de un BJT.
• Existe la posibilidad de latch-up debido a la estructura del tiristor PNPN interno.
Funcionamiento del transistor IGBT
Al igual que un MOSFET el IGBT se controla con tensión. Para el encendido se da una
tensión positiva en puerta respecto al emisor, los portadores n son atraídos a la región p de
la puerta; así se polariza en directa la base del transistor NPN permitiendo la circulación de
corriente colector-emisor. Para el apagado basta con quitar la tensión de la puerta. Esto
requiere de un circuito de control simple para el transistor IGBT.
Figura 10. Transistor de potencia
2.5.3. Puente H.
El puente en H lleva su nombre gracias al aspecto físico del esquema básico de los
interruptores usados para direccionar la corriente en un sentido o en el otro, este cambio en
la dirección de la corriente hace que el motor cambie el sentido del giro.
Figura 11. Puente H con transistores
2.5.4. PWM.
La modulación por ancho de pulso (PWM: Pulse Width Modulation), sirve para modular la
potencia, voltaje y corriente Existen dos formas de regular el voltaje puede ser de forma
lineal o PWM.
PWM como abreviatura de la modulación por ancho de pulsos, algo que se ha convertido
en una práctica habitual de los interruptores de potencia modernos, controlando la energía
de inercia. Esta acción tiene en cuenta la modificación del proceso de trabajo de una señal
de tipo periódico. Puede tener varios objetivos, como tener el control de la energía que se
proporciona a una carga o llevar a cabo la transmisión de datos.
Es la técnica utilizada para variar la energía que se suministra a una carga, utilizando una
combinación entre los estados 0 y 1, con la finalidad de obtener en la carga un promedio de
voltaje. Básicamente consiste en variar los tiempos de encendido y apagado.
El PWM, consiste en generar un periodo, que podrá ser repetitivo, por medio de dos pulsos
rectangulares de tamaño definido por el diseñador, con la capacidad de estar en alto por un
tiempo T1 o ciclo de trabajo activo, que será el tiempo que el motor estará conectado a la
fuente de alimentación y un estado bajo T2 que el motor lo que verá será la desconexión.
Repitiendo este periodo por unidad de tiempo es lo que se conoce como tren de pulsos.
Figura 12. Estructura de ancho de pulso modulado
El PWM tiene aplicaciones en modulación de:
• Potencia, voltaje y corriente
• Conversión de DC a AC
• Posicionamiento de motores
• Variadores de velocidad
• Filtros Activos.
La modulación de ancho de pulso está formada por una señal de onda cuadrada que no
siempre tiene la misma relación entre el tiempo que está en alto y el tiempo que está en
bajo. Estas señales se clasifican como periódicas y no periódicas.
2.5.4.1. Señales periódicas.
Son aquellas donde los pulsos son iguales en intervalos de tiempo, a estos intervalos se les
denomina periodo (T). Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por
unidad de tiempo de cualquier suceso periódico se mide en hercios (Hz) o ciclos por
segundo. Por lo que se implica que la frecuencia es el inverso del periodo.
El periodo (T) en una señal periódica lo definimos como cada uno de los intervalos de
tiempo en donde inicia la señal.
2.5.4.2. Señales no periódicas
En una señal digital no periódica los impulsos no son iguales en función del tiempo, como
se puede apreciar en la siguiente figura.
Figura 13. Señal periódica
Figura 14. Seña no periódica
Flancos: los flancos sirven para sincronizar operaciones con respecto al tiempo. Al
momento que una señal digital cambia de un estado bajo a un estado alto, se le conoce
como un impulso positivo. En el caso contrario, se le conoce como un impulso
negativo. Los impulsos están formados por dos flancos, un flanco de subida y un flanco de
bajada.
Figura 15. Pulso positivo
En la siguiente imagen se puede apreciar que el impulso negativo inicia desde que la señal
está en su mayor amplitud.
2.5.4.3. Ciclo de trabajo de señal digital
El ciclo de trabajo se define como el porcentaje del tiempo en alto respecto a todo el
periodo.
Para controlar la velocidad de un motor de corriente continua, cuando se varía el ciclo de
trabajo, varía la velocidad ya que varía la tensión media en el bobinado del motor. Con un
Figura 16. Pulso negativo
Figura 17. Ciclo de trabajo de una señal
ciclo de trabajo de 100%, el motor girará a la máxima velocidad. Al reducir el ciclo de
trabajo, se reducirá la velocidad.
Vo = voltaje final
Vi= Voltaje final
D= % de ciclo de trabajo
En este ciclo de trabajo el voltaje modulado es cero.
En este ciclo de trabajo el voltaje es 5V*0.25%=
1.25V.
En este ciclo de trabajo el voltaje 5V*50%= 2.5V
En este ciclo de trabajo el voltaje es 5V*0.75%=
3.75V
En este ciclo de trabajo el voltaje es 5V* 1.00%=
5V
Las señales PWM son comúnmente usadas para el control de velocidad de motores DC (si
decrementas el ciclo de trabajo sobre la señal de control del circuito de potencia que actúa
sobre el motor el motor se mueve más lentamente), ajustar la intensidad de brillo de un
LED, y muchas otras funciones. Un ejemplo bastante común, es el control de un ventilador
por medio de PWM, en los cuales una placa madre puede controlar depende al
requerimiento de esta aumentar o disminuir su velocidad variando su duty cycle.
Una variación en el PWM produce un cambio en el Duty Cycle, que es el tiempo que la
señal está activa frente al tiempo que la señal está apagada. Con un Duty Cycle del 50% la
señal estará activa la mitad del tiempo, mientras que la otra mitad del tiempo estará
apagada. Si el Duty Cycle es del 100%, la señal estará activa durante todo el tiempo.
2.5.5. Sistemas de Control.
Inicialmente se debe considerar que control, significa mantener una variable o varias
variables en un valor de referencia ya sea de manera dinámica o en estado estacionario del
motor. Al usar la terminología sistema de control, se puede entender, como un arreglo de
componentes físicos conectados de tal manera, que la unificación de los elementos puede
comandar, dirigir o regular, a si mismo en primera instancia, con lo que se obtendrá alguna
actividad controladora sobre otro componente.
Los sistemas de control se pueden clasificar de la siguiente manera:
Sistemas de control a lazo abierto, en el cual la acción de control es independiente de la
salida; es decir no tiene retroalimentación de la información. Los sistemas de lazo abierto
no se comparan a la variable controlada con una entrada de referencia. Cada ajuste de
entrada determina una posición de funcionamiento fijo en los elementos de control.
Figura 18. Sistema de control lazo abierto
Sistema de control a lazo cerrado, Los sistemas de control realimentados se llaman de
lazo cerrado. El lazo cerrado funciona de tal manera que hace que el sistema se realimente,
la salida vuelve al principio para que analice la diferencia y en una segunda opción ajuste
mas, así hasta que el error es 0. Cualquier concepto básico que tenga como naturaleza una
cantidad controlada como por ejemplo temperatura, velocidad, presión, caudal, fuerza,
posición, y cuplas, etc. son parámetros de control de lazo cerrado.
Lazo cerrado es cuando existe la retroalimentación, es decir, que cumplido el proceso se
hace una comparación, y posterior a lo cual puede o no repetirse el proceso dependiendo de
los resultados que arroje la retroalimentación.
Figura 19. Sistema de control lazo cerrado
2.5.6. Control PID.
El control PID (Proporcional Integral Derivativo), es un sistema de control de lazo cerrado,
el cual se caracteriza por tener un sistema de retroalimentación, que calcula la desviación o
error entre un valor medido y el valor de referencia, generalmente o en forma ideal el error
debe de ser uno, en casos prácticos, solo en casos excepcionales se consigue el número uno,
por tal motivo se aplica la acción que ajusta el proceso, realizando que la diferencia entre el
error medido y el valor deseado tienda a uno.
El control Proporcional Integral Derivativo, es una solución ideal para sistemas de control
que deseen corregir su respuesta tanto en el transitorio como en el régimen estacionario.
Ofreciendo la libertad de acción al tener tres parámetros (Kp, Ki y Kd) con los que se ajusta
el lazo de control
El control PID se compone de 3 constantes P, I, D. las cuales actúan al mismo tiempo, pero
con diferente magnitud
La acción Proporcional (Kp) Actúa desde el primer instante cuando el error es grande, es la
principal acción hacia la corrección del error, es la que elimina la mayor cantidad de error.
La acción Integral (Ki) Actúa cuando el error es pequeño y se mantiene constante
realizando un ajuste fino.
La acción Derivativa (kd) Actúa sobre los cambios abruptos del error. Esta acción se
anticipa al error se requiere en movimientos a alta velocidad.
2.5.7. Motores de CD
El motor eléctrico es una máquina que se encargan de convertir la energía eléctrica en
energía mecánica a través de la acción de los campos magnéticos producidos por sus
bobinas. Los motores de Corriente Directa o motor DC (correspondiente a las iniciales en
inglés “direct current”) es también conocidos como motor de Corriente Continua o motor
CC, son muy utilizados en diseños de ingeniería debido a las características torque-
velocidad que poseen con diferentes configuraciones eléctricas o mecánicas.
Una gran ventaja de los motores de CD se debe a que es posible controlarlos con suavidad
y en la mayoría de los casos son reversibles, responden rápidamente gracias a que cuentan
con una gran razón de torque a la inercia del rotor. Otra ventaja es la implementación del
frenado dinámico, donde la energía generada por el motor se alimenta a un resistor
disipador, y el frenado regenerativo donde la energía generada por el motor retroalimenta al
suministro de potencia CD, esto es muy utilizado en aplicaciones donde se deseen frenados
rápidos y de gran eficiencia.
El giro o rotación de un motor de corriente directa obedece a la interacción de los dos
circuitos magnéticos que tiene, es decir el campo magnético del estator; el cual puede ser
producido por imanes permanentes o bien por un devanado de campo y al campo magnético
de la armadura, el cual es producido por la corriente resultante al aplicar una tensión a
través de las escobillas y el conmutador. Siempre que fluye una corriente por un conductor,
se genera un campo magnético alrededor del mismo.
2.5.8. Clasificación de motores de CC.
Los motores de corriente directa se clasifican de acuerdo a la forma en que se conectan sus
devanados de campo con la fuente de excitación.
• Motor de cd de excitación independiente
• Motor de cd en derivación
• Motor de cd de imán permanente
• Motor de cd en serie
• Motor de cd compuesto.
2.5.8.1. Servomotor
Actualmente existen dos tipos de servomotores con mayor presencia en el mercado
(figura1), los SDC (Servomotor Direct Current, por sus siglas en inglés) y los servomotores
SBLDC (Servomotor Brushless Direct Current, por sus siglas en inglés), siendo los
servomotores BLDC la última generación tecnológica de motores eléctricos. [20]
La diferencia entre los SBLDC y los SDC radica en la distribución interna de los elementos
que lo integran, ya que en los de SDC los imanes permanentes se encuentran en la sección
del estator, los electroimanes se encuentran integrados en el rotor junto con el anillo de
conmutación, necesario para que a través de él y de carbones de contacto (escobillas) se
pueda dar brindar potencia eléctrica a los electroimanes, generando un campo magnético
que interactúa con el campo generado por los imanes permanentes y entra en
funcionamiento el SDC [21] Mientras que en los de SBLDC se encuentra una distribución
diferente, los imanes permanentes se alojan en el rotor y los electroimanes se encuentran en
el estator, por lo que es necesario realizar la secuencia de la activación de los electroimanes
(conmutación) de manera externa al servomotor, esto se realiza con un controlador
electrónico de secuencia, para realizar la secuencia se requiere conocer la posición del imán
permanente para energizar los electroimanes en el instante de tiempo que habrá la mayor
interacción entre los campos magnéticos, si al SBLDC no se le energiza con una secuencia
adecuada al sentido de giro (carta de conmutación) no tendrá accionamiento alguno. [20]
[21].
2.5.8.2. Motor BLDC.
Los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) son uno de los tipos de motores
que más popularidad ha ganado en los últimos años.
Actualmente, los motores BLDC se emplean en sectores industriales tales como:
Automóvil, Aeroespacial, Consumo, Médico, equipos de automatización e instrumentación.
Los motores BLDC tienen la característica de que no emplean escobillas en la
conmutación para la transferencia de energía; en este caso, la conmutación se realiza
electrónicamente. Esta propiedad elimina el gran problema que poseen los motores
eléctricos convencionales con escobillas, los cuales producen rozamiento, disminuyen el
rendimiento, desprenden calor, son ruidosos y requieren una sustitución periódica y, por
tanto, un mayor mantenimiento.
Una corriente eléctrica genera un campo electromagnético que interacciona con el campo
magnético creado por los imanes permanentes del rotor, haciendo que aparezca una fuerza
que hace girar al rotor y por lo tanto al eje del motor.
Los motores BLDC tienen muchas ventajas frente a los motores DC con escobillas y frente
a los motores de inducción. Algunas de estas ventajas son:
• Mejor relación velocidad-par motor
• Torque máximo desde la primer RPM.
• Mayor respuesta dinámica - Mayor eficiencia
• Mayor vida útil
• Menor ruido eléctrico.
• Mayor rango de velocidad.
• Mínimo mantenimiento.
• Disipación de calor eficiente
• Tamaño reducido
Además, la relación par motor-tamaño es mucho mayor, lo que implica que se puedan
emplear en aplicaciones donde se trabaje con un espacio reducido.
Por otra parte, los motores BLDC tienen dos desventajas, que son las siguientes:
• tienen un mayor coste
• Requieren un control bastante más complejo
Cualquier motor BLDC tiene dos partes principales; el rotor, la parte giratoria y el estator,
la parte fija. Otras partes importantes del motor son las bobinas del estator y los imanes de
rotor. Hay dos diseños de motor de BLDC básicos: rotor interno y el diseño de rotor
externo.
2.5.8.2.1. Conmutación de un motor BLDC
La conmutación electrónica es cuando se produce un cambio de la polaridad de las bobinas
en un motor, provocando un movimiento giratorio, paro y cambio de sentido de giro. Se
utiliza un puente H trifásico para cambio de giro. Para realizar la conmutación electrónica
en un motor BLDC es necesario tener la información de la posición en la que se encuentran
los imanes permanentes del rotor. Para esto se utilizan los sensores de efecto hall.
Cada etapa de la secuencia de conmutación para un motor BLDC se logra al energizar una
de las bobinas de manera (+), una segunda de manera (-) y la tercera se deja abierta para
que se descargue y pueda ser utilizada en la siguiente secuencia. Para realizar la
conmutación electrónica es necesario tener información de la posición en la que se
encuentran el rotor de imán permanente del rotor. Para esto se utilizan los sensores de
efecto Hall los cuales son dispositivo que cuando fluye una corriente a través de él y se le
aproxima un campo magnético perpendicular, entonces se crea un voltaje saliente
proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente.
La conmutación consiste en vincular el estado del sensor de entrada con el estado de
accionamiento correspondiente. Esto se logra mejor con una tabla de estado y un puntero de
desplazamiento de tabla. Las entradas del sensor formarán el puntero de desplazamiento de
la tabla, y la lista de posibles códigos de accionamiento de salida formará la tabla de
estados.
Dentro de los motores BLDC se encuentran tres sensores de efecto Hall digitales con los
cuales, cuando se aproxima un campo magnético éste nos da una salida lógica con valor
verdadero.
Para su puesta en marcha y control de velocidad se utilizan en forma habitual dos técnicas
habituales que son la de conmutación trapezoidal (también conocida como “6 step modes”)
y la de conmutación sinusoidal. Existe un tercer método conocido como “Control
Vectorial” (FOC – Field Oriented Control). La posición del motor puede ser detectada
mediante sensores de efecto Hall. La mayoría de los motores BLDC tienen una topología
de devanado trifásico con conexión en estrella.Un motor con esta topología se activa
energizando 2 fases a la vez. La alineación estática que se muestra en la figura 2 es la que
se realizaría creando un flujo de corriente eléctrica desde el terminal A hasta el B, indicado
como ruta 1 en el esquema de la figura
El rotor puede rotar 60 grados en el sentido de las agujas del reloj a la alineación B al
cambiar la ruta actual al flujo desde la terminal C a la B, indicada como la ruta 2 en el
esquema. La alineación magnética sugerida se usa solo con fines ilustrativos porque es fácil
de visualizar.
En la práctica, el par máximo se obtiene cuando el rotor de imán permanente está a 90
grados de la alineación con el campo magnético del estator.La clave para la conmutación
BLDC es detectar la posición del rotor, luego energizar las fases que producirán la mayor
cantidad de torque.
El rotor recorre 60 grados eléctricos por paso de conmutación. La ruta de corriente del
estator apropiada se activa cuando el rotor está a 120 grados de la alineación con el campo
magnético del estator correspondiente, y luego se desactiva cuando el rotor está a 60 grados
de la alineación, en ese momento se activa el siguiente circuito y el proceso se repite. La
conmutación para la posición del rotor, que se muestra en la Figura 1, estaría en la
finalización de la ruta actual 2 y el comienzo de la ruta actual 3 para la rotación en el
sentido de las agujas del reloj.
Conmutar las conexiones eléctricas de calibración a través de las seis combinaciones
posibles, numeradas del 1 al 6, en los momentos precisos harán que el rotor atraviese una
revolución eléctrica.
2.5.9. Carta de conmutación.
El rotor puede rotar 60 grados en el sentido de las agujas del reloj a la alineación B al
cambiar la ruta actual al flujo desde la terminal C a la B, indicada como la ruta 2 en el
esquema. La alineación magnética sugerida se usa solo con fines ilustrativos porque es fácil
de visualizar. En la práctica, el par máximo se obtiene cuando el rotor de imán permanente
está a 90 grados de la alineación con el campo magnético del estator. La clave para la
conmutación BLDC es detectar la posición del rotor, luego energizar las fases que
producirán la mayor cantidad de torque.
El rotor recorre 60 grados eléctricos por paso de conmutación. La ruta de corriente del
estator apropiada se activa cuando el rotor está a 120 grados de la alineación con el campo
magnético del estator correspondiente, y luego se desactiva cuando el rotor está a 60 grados
de la alineación, en ese momento se activa el siguiente circuito y el proceso se repite. La
conmutación para la posición del rotor, que se muestra en la Figura 1, estaría en la
finalización de la ruta actual 2 y el comienzo de la ruta actual 3 para la rotación en el
sentido de las agujas del reloj. Conmutar las conexiones eléctricas de calibración a través
de las seis combinaciones posibles, numeradas del 1 al 6, en los momentos precisos harán
que el rotor atraviese una revolución eléctrica.
2.5.10. Torque y par de un motor de corriente eléctrica.
El par motor desarrollado en el eje es la relación entre la potencia útil y la velocidad
angular. Si expresamos la potencia en vatios y la velocidad en rad/s obtenemos el par en N·
m [24]. El par o torque motor, como también es conocido, es una magnitud física que mide
el momento de fuerza que se ha de aplicar a un eje que gira sobre sí mismo a una
determinada velocidad. Es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de
transmisión de potencia; la tendencia de fuerza para girar un objeto alrededor de un eje o
punto de apoyo [24].
Cada vez que se produce una detonación en un cilindro se libera energía que produce el
giro del motor. Y el par motor es utilizado para medir esta fuerza que es entregada en forma
de rotación.
Para que resulte más sencillo de entender, el torque de un motor es la fuerza de empuje que
va a tener el eje de salida, dato independiente del tiempo que tarde en ejercer esa fuerza,
eso sería la potencia. La potencia producida por el par motor es proporcional a la velocidad
angular del eje de transmisión. Si asociamos estos conceptos a un motorreductor, par (M) es
la fuerza que realiza el eje de salida. Esta depende del motor y aumentará en relación con la
reducción [24].
2.5.11. Potencia
Es la rapidez con la que se realiza un trabajo; en física la Potencia = Trabajo/tiempo, la
unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina
watt (W). Sin embargo, estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas
para propósitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza
(HP) que se definen como:
1 kW = 1000 W
1 HP = 747 W = 0.746 kW
1kW = 1.34 HP.
Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular.
Se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto; el
símbolo de la velocidad angular es omega [W], no obstante, la la industria se utiliza
también para referirse, la letra “N” o simplemente las siglas R.P.M [24].
2.5.12. Driver INTECMX14.
En este trabajo se pretende implementar un control de velocidad y posición para motores
BLDC uno para el eje X, eje Y, eje Z. tal como se muestra en la diapositiva.
Por cada motor se necesita un driver controlador INTECMX14 el cual fue desarrollado por
el Maestro Gerardo y colaboradores en su trabajo de maestría realizada en CIITEC. Este
controlador tiene la capacidad de controlar N motores en este caso motores BLDC donde
cada driver será duplicado para cada motor, además de que serán controlados por una
interfaz de configuración y operación. A continuación, explicaré cada uno de los bloques
del driver INTECMX14. [22]
2.5.13. FPGA (Field Programmable Gate Array)
Los FPGA son dispositivos lógicos programables, la arquitectura básica de una FPGA
consiste en una matriz de bloques lógicos programables (del inglés Configurable Logic
Block o CLB) y canales de interconexión entre ellos.
Así mismo, las FPGA son circuitos lógicos programables directamente por el usuario, lo
cual requiere de herramientas de costo relativamente bajo, como lo son el software de
desarrollo y el dispositivo grabador. La grabación o programación de uno de estos
dispositivos se puede llevar a cabo en milisegundos. Básicamente, es un dispositivo
semiconductor que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede
programar.
La estructura del FPGA tiene bloques muy característicos, vamos a empezar con los
bloques de entrada y salida IOB, también tenemos lo bloques lógicos configurables CBL,
columnas de memoria RAM, también tenemos lo DCM o (Digital Clock Manager), para
manejar las fuentes de reloj en los FPGA. Los CBL es la unidad lógica básica en un FPGA,
consiste en una matriz de compuertas NAND configurable con 4 o 6 entradas,
multiplexores, Flip-flops, unidad lógica aritmética, registros y Latch.
La estructura del FPGA tiene bloques muy característicos, vamos a empezar con los
bloques de entrada y salida IOB, también tenemos lo bloques lógicos configurables CBL,
columnas de memoria RAM, también tenemos lo DCM o (Digital Clock Manager), para
manejar las fuentes de reloj en los FPGA. Los CBL es la unidad lógica básica en un FPGA,
consiste en una matriz de compuertas NAND configurable con 4 o 6 entradas,
multiplexores, Flip-flops, unidad lógica aritmética, registros y Latch.
Figura 20. Estructura interna de un FPGA
Capítulo 3.
3. Metodología
3.1 Etapa Diseño mecánico
La metodología para este proyecto de investigación se desarrolla en 4 etapas la primera
etapa diseño mecánico, segunda etapa manufactura, tercera etapa electrónica y control,
cuarta etapa interfaz gráfica.
Siendo la primera el diseño mecánico, como primera instancia, se hace un análisis a
máquinas de prototipado PCB preexistentes en el mercado que fueran de gama alta como la
PROTOMAT S62 de LPKF es una máquina de fabricación alemana, al mismo tiempo se
analiza una máquina de gama Baja como fue la fresadora CNC3018, con la finalidad de
analizar las ventajas y desventajas de cada una y en nuestro diseño hacer las mejoras.
Como parte de los avances se hizo la medición de las vibraciones a la máquina adquirida en
cada uno de los ejes x,y,z; y en el motor de corte, con la finalidad obtener datos reales y
con estos hacer la mejora en nuestro diseño.
La fresadora CNC3018, es un equipo de fabricación china la cual viene completamente
desarmado, los materiales de fabricación de esta máquina es aluminio, acero y plástico;
trabaja con motores paso a paso y una vez armada la máquina se hicieron las primeras
pruebas de maquinado encontrando distintas deficiencias.
3.1.1. Deficiencias encontradas
Deficiencias mecánicas: Entre los cuales destacan complicación para alinear los ejes guía,
Husillos delgados, Piezas estructurales de plástico, Deficiencias en estabilidad por (Holgura
o juego), Elementos de unión frágiles, Vibraciones y ruido.
Deficiencias eléctricas: Problemas con los cables de motores, Corriente de alimentación,
no cuenta con disipadores de calor, motor de corte 10,000 rpm (no cumple).
Otros problemas: Fallas en el software de PCB, no se puede realizar producción en serie,
No compensa la herramienta de corte, No cuenta con manual de uso para cada software.
Durante las pruebas a los equipos antes mencionados se detectó una problemática la cual
consiste en las vibraciones que se producen durante el funcionamiento de los motores, esto
producen vibraciones que ocasionan daño en las pistas por donde fluye la corriente eléctrica
que da funcionamiento a las placas de circuitos impresos.
3.1.2. Medición de vibraciones
Con la finalidad de obtener datos del comportamiento de la máquina se realizó una serie de
mediciones con las cuales se registraron las vibraciones que genera la máquina, las
mediciones se realizaron en los ejes X, Y y Z también en el motor de corte, con la finalidad
obtener datos reales y con estos hacer la mejora en nuestro diseño.
Para medir las vibraciones se utilizó un vibrometro marca viber-a con un rango de medición
de 0 a 200 mm/s, viene con un sensor tipo acelerómetro montado en una base magnética
que se puede adherir a una estructura ferrosa, es un instrumento de medición su función es
medir vibraciones que puede ser de tipo radial para (rodamientos) y axial para (flechas o
ejes).
Las vibraciones registradas las podemos observar en la gráfica con picos en rangos de 0.6 a
1.9 mm/s en el eje X, como podemos observar es una gran cantidad de picos que
representan las vibraciones en el maquinado, con nuestro diseño se pretende hacer más
lineales estos picos para obtener una mayor precisión en los maquinados de las pistas. Cabe
mencionar que los registros de las vibraciones se tomaron en distancias de 4mm ya que el
paso del husillo es de 4mm/rev.
3.2 Diseño CImp-01
Finalmente, con los datos obtenidos se genera un primer diseño en SolidWorks la cual lleva
el nombre (CImp-01), que desde la etapa de diseño se contempla reducir las vibraciones en
la estructura de la máquina de PCB, comprobándose mediante el análisis de elemento
finito, aplicando un estudio de frecuencia para analizar la simulación de la resonancia en la
estructura de la CImp-01. La estructura está formada por elementos estructurales como
perfiles tubulares extruidos y barras de acero, que serán capaces de soportar condiciones de
cargas estáticas, como ejemplo, el peso propio de la estructura.
Para realizar la propuesta se utilizó la paquetería de diseño asistido por computadora
SolidWorks en la cual se dibujó cada uno de los elementos mecánicos que integran la
máquina para manufactura de circuitos impresos. Una vez elaborado el diseño se realizó la
simulación del desplazamiento de los ejes para llevar acabo las pruebas de colisiones y
fricción entre elementos. Una vez que se diseñaron todos los elementos mecánicos se
procedió a el ensamble virtual de la máquina, quedando esta con dimensiones para X-
400mm, Y-400mm y Z-300mm.
Diseño CImp-01
3.1.3. Validación de diseño con elemento finito en SolidWorks
Simulation
La máquina de manufactura PCB fue concebida desde su diseño como una estructura con
mínimo nivel de vibraciones, ya que, si se considera que todos los cuerpos que poseen masa
y elasticidad son capaces de vibrar, la mayoría de las máquinas y las estructuras
experimentan vibraciones y su diseño requiere consideraciones de su conducta oscilatoria,
puesto que si alguna de las fuentes de vibración presenta frecuencias coincidentes con una
de las frecuencias naturales del elemento estructural, dicho elemento entraría en resonancia,
la cual se caracteriza por una amplitud de vibración excesiva, que puede dañar la estructura.
Fue necesario realizar un análisis exhaustivo de las oscilaciones existentes en la estructura
de mencionada máquina. Actualmente, los softwares de diseño mecánico permiten realizar
este estudio por medio de simulaciones, sin necesidad de llegar al prototipo que
representaría un gasto. Particularmente, “SOLIDWORKS Simulation” (Gómez, 2008) es
una herramienta de análisis estructural que utiliza el método de análisis de elementos finitos
para predecir el comportamiento físico de estructuras probando virtualmente modelos.
3.1.4. Estudio de frecuencias con SolidWorks Simulation.
El análisis de la estructura se realizó en SolidWorks Simulation aplicando cargas estáticas y
dinámicas, las cuales utilizan un solver que se encarga de resolver ecuaciones diferenciales
a partir de los grados de libertad en cada nodo existente en la malla. La simulación brinda
dos opciones para resolver el conjunto de ecuaciones algebraicas; métodos de solución
iterativos o directos. Para este proyecto se utiliza el solucionador iterativo FFEPlus, el cual
utiliza técnicas de aproximación para resolver el problema, en cada iteración asume una
solución y calcula el error asociado para esta, las iteraciones continúan hasta que el error se
encuentre dentro del rango de fallo determinado por el usuario en las configuraciones de la
generación de los nodos en el mallado.
El método de simulación de elemento finito se genera por medio de los siguientes seis
pasos:
• Definir geometría: Se debe definir si el análisis será realizado a una pieza o a un
ensamble.
• Definir el material: En este punto se establecen las propiedades mecánicas a la
geometría en estudio, con el objetivo de realizar un análisis más apegado a las
condiciones reales de fabricación.
• Definir el tipo de estudio: La paquetería de diseño contempla diferentes tipos de
estudio que se le pueden realizar a una estructura, a manera de ejemplo se tiene el
análisis estático, el análisis de pandeo o el análisis de frecuencia.
• Restricciones: Se debe determinar que parte del elemento en análisis va a tener una
condición de fijación, movimientos de traslación o rotación.
• Cargas: Son las condiciones de operación como la gravedad, fuerzas, presión y
definir el tipo de malla.
• Resultados: Por último, se obtiene la validación de la estructura para las
condiciones de operación y manufactura preestablecidos.
• Validación.
Metodología general para el estudio de frecuencias.
3.1.5. Resultados de la etapa de diseño.
3.1.5.1. Definición de Geometría
Para el estudio se define un ensamble que representa al bastidor que conforma el eje Y de la
máquina de prototipado PCB, con las propiedades mostradas en la Tabla 4.
Tabla 4. Propiedades del bastidor que conforma el eje Y de la CImp-01
Nombre del modelo: Armadura Y 2.0
Tratar como Propiedades volumétricas
Sólido
Masa:9.98092 kg
Volumen:0.000369664 m^3
Densidad:2700 kg/m^3
3.1.5.2. Definición de Material
Se consideraron dos materiales de acuerdo con el uso final esperado, acero al carbono para
las guías riel, y, aluminio 6063-O para todos los demás elementos de la estructura. Se
realizó la configuración de nueve propiedades para cada material, con los valores
mostrados en la Tabla 5 y Tabla 6.
Tabla 5. Parámetros de configuración para el aluminio 6063-O
Barra extruida de aluminio 6063-O
Propiedad Valor
Módulo elástico 69000.00067 N/mm2
Coeficiente de Poisson 0.33 N/D
Módulo cortante 25799.99977 N/mm2
Densidad de masa 2700 kg/m3
Límite de tracción 89.99999727 N/mm2
Coeficiente de expansión térmica 2.3e-05 °K-1
Límite elástico 41.36854376 N/mm2
Calor específico 900 J/(kg·K)
Conductividad térmica 218 W/(m·K)
Tabla 6. Parámetros de configuración para el Acero al carbono para husillos y ejes riel.
Acero al carbono
Propiedad Valor
Módulo elástico 210000 N/mm2
Coeficiente de Poisson 0.28 N/D
Módulo cortante 79000 N/mm2
Densidad de masa 7800 kg/m3
Límite de tracción 399.826 N/mm2
Coeficiente de expansión térmica 1.3e-05 °K-1
Límite elástico 220.594 N/mm2
Calor específico 440 J/(kg·K)
Conductividad térmica 43 W/(m·K)
3.1.5.3. Tipo de estudio
El análisis de interés en este trabajo es el de frecuencia, configurado con los parámetros
mostrados en la tabla 4, el cual realiza una aproximación de las vibraciones a las que estará
sometida la estructura. Se seleccionó el solver “FFEPlus” considerando que los grados de
libertad esperados para esta estructura supera los 100,000, este solver resultará eficaz.
Tabla 7. Análisis de frecuencia de la CImp-01
Tipo de malla Malla sólida
Número de frecuencias 3
Tipo de solver FFEPlus
Muelle blando: Activar
Opciones de unión rígida incompatibles Automático
Se configuró la malla con base en la curvatura debido a que los elementos mecánicos que
componen la estructura del bastidor tienen radios y chaflanes. Si se seleccionara un mallado
estándar, la simulación generaría errores de definición.
3.1.5.4. Restricciones
Se configuró la sujeción en configuración de geometría fija en las cuatro caras inferiores
del perfil estructural, de tal forma que la estructura no se desplace durante el momento de
torsión y carga centrifugas.
3.1.5.5. Cargas
Considerando que los motores que desplazaran la herramienta de corte en la CImp-01,
generan dos tipos de carga en la estructura (Corredor & Pineda, 2010), fuerza de torsión y
fuerza centrífuga, se definió para el análisis las siguientes consideraciones (Tabla 8).
Tabla 8. Condiciones de carga para el análisis de la CImp-01
Para realizar el análisis de frecuencia se utilizó la paquetería de diseño SolidWorks en su
versión 2018, en un equipo de cómputo con las características de desempeño de 24 GB en
memoria RAM, procesador core i7, sistema operativo a 64 bits y tarjeta gráfica GeForce
GTX 1050.
3.1.5.6. Resultados
En el presente capítulo, se describe el diseño propuesto para la CImp-01, así como los
resultados obtenidos del análisis de frecuencias.
Como parte de los resultados se tiene el diseño en SolidWorks de los elementos que
conforman la Cimp-01 (Figura 21), se partió de un plano en 2D (croquis) con la finalidad
de generar un sólido 3D con las dimensiones reales de cada elemento que conforma la
estructura de la máquina.
Opción térmica Incluir cargas térmicas
Temperatura a tensión cero 298 kelvin
Presión de fluidos desde SOLIDWORKS Flow Simulation Desactivar
Nombre de carga Cargar imagen Detalles de carga
Torsión-1
Entidades: 2 cara(s) Referencia: Cara< 1 >
Tipo: Aplicar momento torsor Valor: 0.282 N.m
Centrífuga-1
Centrífuga, Ref: Cara< 1 > Velocidad angular: 6000 rpm
Aceleración angular: 120 rpm^2
Figura 21. Croquizado y extrusión, alienadora de guías y centrador de husillo
3.1.5.7. Generación de malla.
Una vez ensamblados los elementos diseñados, se generó en la base de la CImp-01 una
malla que tiene como rango de tamaño para los elementos cuadráticos de 5.67 – 28.38 mm,
generando la malla mostrada en la Figura 22, con un total de 983979 nodos, 567798
elementos y coeficiente máximo de aspecto 135.27 (Tabla 9).
Tabla 9. Características de la malla generada para la estructura de la CImp-01
Tipo de malla Malla sólida
Mallado utilizado: Malla basada en curvatura
Tamaño máximo de elemento 28.3862 mm
Tamaño mínimo del elemento 5.67724 mm
Trazado de calidad de malla Elementos cuadráticos
Número total de nodos 983979
Número total de elementos 567798
Cociente máximo de aspecto 135.27
Figura 22. Mallado de la estructura de la CImp-01
Los valores a los que se sometió la estructura de la CImp-01 para el análisis de vibraciones
fueron, 6000 RPM para la centrífuga, representando para el motor BLDC de
desplazamiento en “Y” el 100% de su funcionamiento (máxima velocidad), para torsión se
aplican 0.282 Nm el cual es el torque que ejerce un motor y, por último, para frecuencia de
desplazamiento se asignó un valor de 4000 Hz. Se encontraron tres resultados de forma
modal y tres para frecuencias naturales, a continuación, se muestran los resultados de forma
modal y se hace la comparación de los resultados de acuerdo con los parámetros
establecidos (Tabla 10).
Tabla 10. Resultados de forma modal
Frecuencia nº. Rad/seg Hertz Segundos
1 16726 2662.1 0.00037564
2 16743 2664.7 0.00037527
3 19070 3035.1 0.00032948
El desplazamiento 1 (Figura 23) presenta una frecuencia de 2662.1 Hz, en ese instante, la
escala de deformación por torque y centrífuga es de 0.00394396 en 0.00037554 segundos,
en el modo 2 y 3 de desplazamiento las lecturas son similares por lo que podemos deducir
que la estructura soporta las cargas establecidas.
Figura 23. Armadura Y 2.0-vibraciones-Desplazamientos-Desplazamientos1
En este análisis la amplitud resultante es de 2662.1 Hz, mientras que la deformación
mínima es de 0.000e+00 y la deformación máxima de 1.106e+01, es decir que la escala de
deformación se encuentra 0.00394396 (
Tabla 11).
Tabla 11. Análisis de las amplitudes
Nombre Tipo Mín. Máx.
Amplitud1 AMPRES: Amplitud resultante Plot para forma modal: 1(Valor = 2662.1 Hz)
0.000e+00 Nodo: 111393
1.106e+01 Nodo: 64255
Armadura Y 2.0-vibraciones-Amplitud-Amplitud1
Nombre Tipo Mín. Máx.
Amplitud2 AMPRES: Amplitud resultante Plot para forma modal: 2(Valor = 2664.72 Hz)
0.000e+00 Nodo: 111393
1.107e+01 Nodo: 80663
En la Tabla 12 y Figura 24 podemos observar las frecuencias de la fuerza centrífuga, la cual
se muestra como una carga inercial con una trayectoria casi constante del modo uno al
modo dos. Tabla 12. Frecuencia de la fuerza centrífuga
Figura 24. Comportamiento de la fuerza centrífuga
Por otra parte, se observan las deformaciones resultantes del análisis de frecuencia, donde
la estructura se ve afectada por la resonancia en algunos perfiles, cabe mencionar que
SolidWorks tiene una escala que lleva al modelo a su máxima resonancia, poniendo a las
estructuras al borde de la destrucción.
En la Tabla 13 se observa que la base de la CImp-01 está casi en su totalidad de color azul,
lo cual indica que la estructura resiste las cargas aplicada, realizando una validación para
comenzar con la fabricación de la estructura. Tabla 13. Análisis de frecuencias en la estructura de la CImp-01
Deformación en
escuadra de
unión el cual se
encuentra en
escala verde y
no representa
riesgo.
Deformación en
perfil estructural,
escala de color
verde y azul, no
representa riesgo
de fractura.
Deformación en
escuadra de
unión el cual se
encuentra en
escala verde y
no representa
riesgo.
Deformación en
escuadra de
unión el cual se
encuentra en
escala verde y no
representa
riesgo.
3.1.5.8. Validación
Después de aplicar el estudio de elemento finito, se obtienen las siguientes observaciones:
• Con la carga centrífuga propuesta a 4000 Hz, se obtiene una atenuación de
vibraciones de 58.5%, es decir que, la simulación muestra una frecuencia de 1,660
Hz.
• Con carga de torsión a 4000 Hz, se obtiene una atenuación de vibraciones de
24.12%, es decir que, la simulación muestra una frecuencia promedio de 3,035 Hz.
Basado en los resultados obtenidos es posible decir que: Se comprueba la atenuación de
vibraciones ya que durante el estudio de simulación se sometió a la estructura a la carga
máxima ejercida por los motores.
Finalmente se concluye la etapa 1 de diseño, la estructura de la Cimp-01 es estable y se
puede continuar con la Etapa 2 Manufactura.
.
3.3 Etapa manufactura.
Básicamente en esta etapa se hace la selección y compra de los materiales que se utilizaron
para mecanizado y ensamble del bastidor de la máquina de PCB. Lista de materiales
utilizados para el maquinado es la siguiente:
Materiales
2 husillos 12mmX400mm paso 2mm Aluminio cuadrado de 30mmX30mm (base tuerca)
1 husillo 12mmX250mm paso 2mm Placa aluminio 300mmX300mm (mesa de trabajo)
3 tuerca embalada para husillo Tornillos allen de 5mm (30 Pza), 4 mm (Pza), 8mm
(50 Pza)”.
10 baleros de super precisión NSK 26mmX10mm Tuercas de 12 mm
4 varillas rectificadas de Ø 16mmX400mm Perfil Bosch de 45x45mm (9m).
2 varillas rectificadas de Ø 10mmX300mm Escuadra de unión 45mmX45mm
8 baleros lineal 16mm Machuelos de 4mm, 5mm, buriles, brocas.
4 baleros lineal abiertos de Ø 16mm 3 bases para tuerca embalada
3.1.6. Selección de rodamientos.
Un aspecto importante fue la selección de los baleros, ya que existe en el mercado una gran
variedad de baleros, pero sobre todo hacer la selección adecuada para la aplicación, en este
caso se seleccionaron baleros de super precisión marca NSK con aplicación para Máquinas-
herramienta, son Rodamientos de Bolas de Contacto Angular para Apoyo en Husillos de
Bolas, pertenecen Series 7000 con Ángulos de contacto de 25˚. Fabricado conforme a las
Normas UNE 18.037 e ISO 15/0 dimensiones para rodamientos radiales, con Jaula de
Resina Fenólica (TR). Ventajas Resistencia al desgaste, Resistencia al calor, Alta velocidad
con (Grasa 64,000 rpm) con (aceite 97,000rpm), Elimina ruido, Suprime vibraciones y
mayor vida (4 veces más).
3.1.7. Ventajas de rodamientos de super precisión.
Resistencia al desgaste
Resistencia al calor
Alta velocidad (Grasa 63900 rpm), (aceite 97300rpm)
Elimina ruido
Suprime vibraciones
Mayor vida (4 veces más).
Los rodamientos son seleccionados de acuerdo con la aplicación en este caso se utilizan
rodamientos de super precisión, estos rodamientos están diseñados bajo normas de diseño
ISO, DIN y AFBMA. Las normalizaciones se refieren a las medidas externas: Diámetros de
anillo interior/exterior, Ancho, Radios de acuerdo, Tolerancias dimensionales.
3.1.8. Diseño de Husillo de bolas.
El husillo se diseña en SolidWorks, contemplando 2 tipos de ajuste, ajuste de juego mínimo
0.015 mm y ajuste de apriete mínimo de 0.005mm ya que debe ajustar con los baleros de
super precisión, la precisión que ajusta el husillo en rotación es de 250 nm/cm. Está
fabricado bajo la norma UNE‐EN 20286‐1:1996 basadas en el sistema de tolerancias de la
norma ISO 286 universalmente aceptado.
Capítulo 4.
4. Conclusiones
1. El diseño propuesto para la CImp-01 se mantiene dentro de los lineamientos de tolerancia
aún sometido a la carga máxima ejercida por el motor en los estudios de simulación.
2. Los estudios de frecuencia realizados dieron como resultados una atenuación de ruido
vibratorio en la carga centrífuga y de torsión 58.5% y 24.12% respectivamente aplicando
una frecuencia de 4000 Hz lo cual validó y permitió manufacturar la CImp-01
3. La implementación del driver INTECMX14 para el control simultaneo de los tres motores
de los ejes coordenados en comparativa con drives comerciales de gama media representa
un ahorro económico del 66%, ya que empleando INTECMX14 para el control de los tres
motores se hace uso de un solo solo chip, mientras que en su versión comercial fue
necesario emplear uno por cada motor más el controlador maestro para la simultaneidad
del control.
4. La máquina propuesta muestra un margen de desviación estándar medio en el desbaste
de las pistas de 0.05 centésimas de milímetro, y 0.03 centésimas de milímetro en la
perforación de through hole.
5. Trabajos a futuro
El presente trabajo de maestría tuvo una duración de dos años por lo que los alcances se
encontraron acotados al diseñar y fabricar una máquina de prototipado PCB de tres ejes,
accionada con motores BLDC, empleando el controlador INTECMX14, programado bajo
arquitectura concurrente en FPGA con aplicaciones en el desarrollo de PCB a nivel académico , no
obstante, la tendencia indica que este tipo de sistemas en producción se comienza a realizar con
tecnología láser, por lo que es necesario migrar al uso de la herramienta de desbaste a este tipo de
tecnología, además de las consideración de la creación de un software más amigable para la con
el usuario y que permita traducción directa a códigos G, además de implementación de diferentes
herramientas y opciones que permiten al usuario realizar cambios necesarios sin tener que reacer
el diseño completo del circuito.
Otro aspecto de mejora es la implementación de módulos de seguridad para el usuario, ya que
esta es una exigencia que bajo normativa una máquina como la propuesta debe seguir será
necesaria si se desea comercializar.
Bibliografía
[1] J. Li, P. Shrivastava, Z. Gao y H.-C. Zhang, «Printed circuit board recycling: a state-of-the-art
survey,» IEEE transactions on electronics packaging manufacturing, vol. 27, nº 1, pp. 33-42,
2004.
[2] X. Yang y K. Cheng, «Investigation on the Industrial Design Approach for CNC Machine Tools
and Its Implementation and Application Perspectives,» Procedia Manufacturing, vol. 11, pp.
1454-1462, 2017.
[3] Z.-y. Jia, J.-w. Ma, D.-n. Song, F.-j. Wang y W. Liu, «A review of contouring-error reduction
method in multi-axis CNC machining,» International Journal of Machine Tools and
Manufacture, 2017.
[4] J. R. Ocampo y I. de Jesús Deras, «Aplicación Integrada para Construcción de PCBs mediante
Tecnología CNC y Ajuste Automático a la Superficie,» Innovare: Revista de ciencia y
tecnología, vol. 3, nº 1, pp. 27-41, 2015.
[5] S. Gómez, El gran libro de SolidWorks, 2008.
[6] S. Corporation, 06/09/2018.
[7] M. Such, J. Jiménez-Octavio, A. Carnicero y C. Sánchez-Rebollo, «Simulación de cargas móviles
sobre estructuras mediante un mallado móvil de elementos finitos,» Revista Internacional de
Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, vol. 31, nº 4, pp. 212-217, 2015.
[8] S. Corporation, 2018.
[9] A. Esfandyari, S. H{\"a}rter, T. Javied y J. Franke, «A lean based overview on sustainability of
printed circuit board production assembly,» Procedia CIRP, vol. 26, pp. 305-310, 2015.
[10] N. Hidayanti Binti Ambrizal, M. A. Farooqi, O. I. Alsultan y N. Yusoff, «Design and
Development of CNC Robotic Machine Integrate-able with Nd-Yag Laser Device,» Procedia
Engineering, vol. 184, pp. 145-155, 12 2017.
[11] J. Li, H. Lu, J. Guo, Z. Xu y Y. Zhou, «Recycle technology for recovering resources and products
from waste printed circuit boards,» Environmental science \& technology, vol. 41, nº 6, pp.
1995-2000, 2007.
[12] G. H. RUIZ, «CHROMA-II DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CONTROL NUM}RICO DE
ARQUITECTURA ABIERTA».
[13] G. Martínez Moreno, «Fresadora CNC de tres ejes,» 2015.
[14] J. R. Ocampo y I. de Jesús Deras, «Aplicación Integrada para Construcción de PCBs mediante
Tecnología CNC y Ajuste Automático a la Superficie,» Innovare: Revista de ciencia y
tecnología, vol. 3, nº 1, pp. 27-41, 2014.
[15] D. Alonso, J. Gil y F. Martínez, «Prototipo de máquina fresadora CNC para circuitos impresos,»
Revista Tekhne, vol. 12, nº 1, pp. 23-38, 2015.
[16] G. M. Fernández, A. C. Contreras, V. G. H. Herrera y M. V. M. Olivera, «Controlador multieje
de posicionamiento de servomotores bldc implementado en FPGA,» Pistas Educativas, vol.
39, nº 125, 2017.
[17] R. N. F. Ortega, V. G. H. Herrera, O. S. García, M. V. M. Olivera, H. A. F. Ávalos y L. G. M.
García, «DISEÑO MECÁNICO DE UNA MÁQUINA DE TRES GRADOS DE LIBERTAD PARA LA
FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS (MECHANICAL DESIGN OF A THREE DEGREES OF
FREEDOM MACHINE FOR PRINTED CIRCUITS BOARD MANUFACTURE),» Pistas Educativas, vol.
40, nº 130, 2018.
[18] C. H. Hernández, R. M. Rodríguez, M. Á. C. Aguilar y B. M. G. Contreras, «Diseño, construcción
y prueba de una máquina de control numérico por computadora (CNC), para fresado y
perforado de placas fenólicas,» Pistas Educativas, vol. 35, nº 108, 2018.
[19] R. Salas, J. Pérez y J. Ramírez, «Técnicas de diseño, desarrollo y montaje de circuitos
impresos,» Universidad de los Andes. Venezuela, 2007.
[20] K. Krohne, F. Elsisy, H. Fahmy, D. Di Febo y H. Oie, «Impact of flexible PCB on DDR4 channel
memor performance,» de 2017 IEEE 21st Workshop on Signal and Power Integrity (SPI), 2017.
