Metrologia na inspeção de componentes aeronáuticos

O presente relatório sintetiza as atividades de pesquisa e de campo desenvolvidas no estágio realizado na empresa Caetano Aeronautic, no âmbito da unidade curricular “Dissertação/Projeto/Estágio Profissional do Mestrado em Engenharia de Instrumentação e Metrologia, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio teve como principal objetivo adquirir competências para a realização da inspeção de componentes aeronáuticos, atividade presente ao longo de todo o processo produtivo da empresa. O setor aeronáutico é um setor amplamente tecnológico e o seu Sistema de Gestão de Qualidade tem um vasto suporte documental associado. Numa primeira fase do trabalho foi feito um estudo intensivo do Sistema de Gestão da Qualidade da Caetano Aeronautic, de forma a se perceber quais os documentos inerentes ao sistema e respetivos conteúdos. Em seguida, foi necessário realizar uma análise ao fluxo produtivo da organização, para se perceber todo o processo de produção de um componente aeronáutico e documentação associada. Visto que todo o trabalho de inspeção de componentes exige conhecimentos sólidos na área da Metrologia dimensional, tornou-se fundamental consolidar competências nesta área, objetivo que foi concretizado ao longo do estágio. Com vista a contribuir para o melhoramento do processo de inspeção dos componentes aeronáuticos na empresa, foram identificados e analisados no decorrer do trabalho realizado, os problemas presentes quer ao nível da produção quer da inspeção e feitas propostas de melhoria, postas em prática sempre que possível.

Estudo de campo de verificação metrológica de termómetros clínicos timpânicos

Avaliação da variação da temperatura corporal, e a monitorização da mesma é bastante importante na prática clínica sendo, por vezes, a base de muitas decisões clínicas. Atualmente, os termómetros digitais, em particular os timpânicos são amplamente utilizados, em contexto hospitalar e domiciliário. Muitos estudos têm sido efetuados para determinar a validade das medições obtidas através de termómetros timpânicos. Os defensores destes termómetros afirmam que, se forem utilizados de forma adequada e periodicamente calibrados, a avaliação da temperatura corporal com este tipo de termómetros é eficaz, cómoda, rápida, pouco invasiva emais higiénica reduzindo o número de infeções cruzadas (FarnellMaxwell &Tan, Rhodes& Philips, 2005). A Metrologia como a ciência das medições e suas aplicações ((VIM1: 2.2) (INSTITUTO PORTUGUÊS DA QUALIDADE, 2012)), abrange todos os aspetos teóricos e práticos que asseguram a exatidão e precisão exigida num processo, procurando garantir a qualidade de produtos e serviços através da calibração de instrumentos de medição e da realização de ensaios, sendo a base fundamental para a competitividade das empresas. Só após o ano 1990, com a publicação dos resultados doHarvardMedical Practice Study (T A BRENNAN, 2004), sobre adventos adversos na área da saúde, começaram a surgir preocupação com o risco do uso de equipamentos e instrumentos sem a adequada avaliação metrológica. Neste estudo concluiu-se que 3,7 % dos pacientes hospitalizados sofriam eventos adversos devido ao uso inadequado de equipamento médico, sendo que 13,6% destes eram mortais. Pegando nesta realidade e sabendo que o não controlo de Equipamento de Monitorização e Medição é uma das causas de obtenção de 36%de não conformidades - 7.6 (NP EN ISO 9001:2008), em Auditorias da Qualidade em Serviços de Saúde (Luís Marinho – Centro Hospitalar São João), fez todo o sentido o estudo e trabalho desenvolvido. Foi efetuado um estudo, no que se refere a normalização em vigor e verificou-se que a nível metrológico muito trabalho terá que ser realizado no serviço nacional de saúde por forma este fornecer o suporte material fiável ao sistema de medições, essencial aos mais diversos sectores da saúde. Sabendo-se que os ensaios/calibrações são necessários e não são negligenciáveis na estrutura de custos das instituições de saúde, e por isso são vistas como mais uma fonte de despesas, é intenção com a realização deste trabalho, contribuir em parte para superação deste tema. Este trabalho passou pela execução/realização de um procedimento de calibração para termómetros timpânicos, tendo a necessidade de desenvolver/projetar um corpo negro. A amostra em estudo é constituída por cinco termómetros timpânicos hospitalares em uso dos diferentes serviços do CHSJ2, seleccionados completamente ao acaso. Um termómetro clínico no mínimo terá que ser calibrado a temperatura 35 ºC e 42 ºC. A calibração deverá ser realizada anualmente e por entidade acreditada. O erro máximo admissível é de ± 0,2 ºC (nas condições ambientais de funcionamento). Sem a confirmação metrológica, não é possível garantir a qualidade do produto ou serviço. A Metrologia na área da saúde desperta a exigência por produtos e serviços de qualidade. Esta tencionará ser encarada como um pilar de sustentabilidade para a qualidade na saúde, sendo absolutamente necessária a implementação de novos procedimentos e atitudes.

Implementação de um Laboratório de Metrologia Elétrica

O presente documento relata todas as atividades que foram desenvolvidas no estágio curricular realizado na empresa Bosch Car Multimédia em Braga, no âmbito da disciplina "Dissertação/ Projeto/Estágio Profissional"do Mestrado em Engenharia de Instrumentação e Metrologia, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. Sendo a Bosch uma empresa de grandes dimensões, necessita de inúmeros equipamentos elétricos devido aos elevados padrões de qualidade exigidos, para poder estar em conformidade a nível das calibrações. A redução de custos e dos tempos de calibração foram as principais motivações para a implementação de um Laboratório de Metrologia Elétrica na empresa. Inicialmente, foi destinado um espaço para o laboratório e adquirido todo o equipamento necessário. Além disto, foi necessário treinar e formar os colaboradores destinados ao laboratório, quer na área das normas a aplicar no processo, quer em específico, com a empresa fornecedora do software de calibração. Ao longo dos doze meses, o estágio teve diversas fases, desde a aprendizagem do software utilizado, METCAL, elaboração de procedimentos de calibração para cada tipo de equipamentos na fábrica, realização de calibrações em coordenação com as diferentes áreas da empresa nos tempos e datas programados e análise dos certificados com sentido crítico, nomeadamente a nível de layout apresentado e incertezas associadas, para que o processo possa constantemente ser melhorado. Todas estas fases possibilitaram a aquisição e aplicação de vários conceitos importantes na área da Metrologia Elétrica. A implementação de um Laboratório de Metrologia é um processo bastante longo e complexo, e por estas razões, atualmente ainda se realizam procedimentos para novos tipos de equipamentos, sendo feitas melhorias e estudos para que no futuro, a sua capacidade seja cada vez maior e melhor.

Aquisição e registo automático de compradores de massa digitais em calibração de pesos

A presente dissertação foi desenvolvida nas instalações do laboratório de massa da extinta Direção Regional da Economia do Norte (DRE-Norte), no âmbito da unidade curricular de Dissertação/Projeto/Estágio Profissional (DPEPR) do curso de Mestrado de Instrumentação e Metrologia (MEIM) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O laboratório de massa da DRE-Norte dedicava-se, entre outras atividades, à calibração de pesos das classes de exatidão F1 e inferior, definidas na recomendação R111-1:2004 da Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), para valores nominais desde 1 mg até 1 000 kg. Foi implementado um sistema real de calibração de pesos utilizando dois comparadores de massa, com interface de comunicação de dados, com fios e sem fios, para o PC (Personal Computer), com aquisição automática dos dados. Desenvolveu-se uma aplicação informática em Visual Basic com o objetivo de ligar os dois comparadores de massa ao PC e automatizar o processo de calibração de pesos com base no método ABBA. O software desenvolvido foi aplicado num caso real de calibração de pesos em ambiente de intercomparação laboratorial com a participação de sete laboratórios nacionais, entre os quais, o laboratório de massa da DRE-Norte.

A Metrologia na Indústria Aeronáutica

O presente relatório é um dos elementos que contribuirão para a concretização da avaliação individual da Unidade Curricular de Dissertação/Projeto/Estágio Profissional, inserida no plano de estudos do Mestrado em Engenharia de Instrumentação e Metrologia e traduz o trabalho realizado na empresa Caetano Aeronautic. O estágio, com a duração de sete meses, permitiu a concretização de finalidades e objetivos que deram suporte ao desenvolvimento das aprendizagens e mobilização dos saberes científicos relativos a domínios e conteúdos curriculares, nomeadamente inseridos nas áreas da Metrologia e Qualidade. A Metrologia é circunscrita como a ciência da medição. A medição é uma operação de extrema relevância em diversas atividades, porque é através da Metrologia que se garante um elevado nível de qualidade pretendido para a conceção, fabricação e utilização de serviços ou produtos. Face à indústria aeronáutica envolver um elevado conjunto de processos, de normas e documentação, foi necessário inicialmente um envolvimento integrado com o Sistema de Gestão da Qualidade da Caetano Aeronautic e com as operações inerentes, nomeadamente de melhoria contínua. Foram desenvolvidas, dentro do possível, propostas de melhoria no processo de inspeção dos componentes aeronáuticos. Dentro das mesmas destacam-se a alteração dos registos de medição, o estudo e posterior proposta de aquisição de ferramentas adicionais para equipamentos de medição. O fluxo de medição tornou-se mais fluído através da concretização da proposta de alteração do layout do laboratório. De salientar o trabalho desenvolvido na área da Engenharia da Qualidade, nomeadamente no tratamento de não conformidades, o que contribuiu para que o processo se encontre atualmente bastante simplificado na empresa.

Michelson interferometer vibrometer using self-correcting synthetic-heterodyne demodulation

Synthetic-heterodyne demodulation is a useful technique for dynamic displacement and velocity detection in interferometric sensors, as it can provide an output signal that is immune to interferometric drift. With the advent of cost-effective, high-speed real-time signal-processing systems and software, processing of the complex signals encountered in interferometry has become more feasible. In synthetic heterodyne, to obtain the actual dynamic displacement or vibration of the object under test requires knowledge of the interferometer visibility and also the argument of two Bessel functions. In this paper, a method is described for determining the former and setting the Bessel function argument to a set value, which ensures maximum sensitivity. Conventional synthetic-heterodyne demodulation requires the use of two in-phase local oscillators; however, the relative phase of these oscillators relative to the interferometric signal is unknown. It is shown that, by using two additional quadrature local oscillators, a demodulated signal can be obtained that is independent of this phase difference. The experimental interferometer is aMichelson configuration using a visible single-mode laser, whose current is sinusoidally modulated at a frequency of 20 kHz. The detected interferometer output is acquired using a 250 kHz analog-to-digital converter and processed in real time. The system is used to measure the displacement sensitivity frequency response and linearity of a piezoelectric mirror shifter over a range of 500 Hz to 10 kHz. The experimental results show good agreement with two data-obtained independent techniques: the signal coincidence and denominated n-commuted Pernick method.

Characterization of integrated Bragg gratings in silicon-on-insulator

Silicon-on-insulator (SOI) is rapidly emerging as a very promising material platform for integrated photonics. As it combines the potential for optoelectronic integration with the low-cost and large volume manufacturing capabilities and they are already accumulate a huge amount of applications in areas like sensing, quantum optics, optical telecommunications and metrology. One of the main limitations of current technology is that waveguide propagation losses are still much higher than in standard glass-based platform because of many reasons such as bends, surface roughness and the very strong optical confinement provided by SOI. Such high loss prevents the fabrication of efficient optical resonators and complex devices severely limiting the current potential of the SOI platform. The project in the first part deals with the simple waveguides loss problem and trying to link that with the polarization problem and the loss based on Fabry-Perot Technique. The second part of the thesis deals with the Bragg Grating characterization from again the point of view of the polarization effect which leads to a better stop-band use filters. To a better comprehension a brief review on the basics of the SOI and the integrated Bragg grating ends up with the fabrication techniques and some of its applications will be presented in both parts, until the end of both the third and the fourth chapters to some results which hopefully make its precedent explanations easier to deal with.

Linewidth influence in photonics logic device

Photonics logic devices are currently finding applications in most of the fields where optical signals are employed. These areas range from optical communications to optical computing, covering as well as other applications in photonics sensing and metrology. Most of the proposed configurations with photonics logic devices are based on semiconductor laser structures with “on/off” behaviors, operating in an optical amplifier configuration. They are able to offer non-linear gain or bistable operation, being these properties the basis for their applications in these fields. Moreover, their large number of potential affecting parameters onto their behavior offers the possibility to choose the best solution for each case.

Guest editorial:special issue on digitial enterprise technology

Full text This Proceedings volume contains selected papers from the Fourth International CIRP-sponsored, Conference on Digital Enterprise Technology (DET2007), which was held at the University of Bath, UK, 19–21 September 2007. All selected papers have been suitably enhanced for publication in the Journal and have undergone full review. Digital enterprise technology (DET) is ‘the collection of systems and methods for the digital modelling and analysis of the global product development and realization process, in the context of lifecycle management.’ The principal aim of the DET concept is to provide a coherent context for the development and integration of the various digital technologies that underpin modern design and manufacturing. These technologies can be classified according to the following five key areas. 1. Distributed and collaborative design. 2. Process modelling and process planning. 3. Advanced factory design and modelling. 4. Physical-to-digital environment integrators–verification. 5. Enterprise integration technologies. This special issue is representative of the wide breadth of the DET concept including; a comprehensive review of digital engineering, design processes, digital modelling of machine tools, forming, robotics and machining processes, verification and metrology, and dynamic networks. It is particularly pleasing to see the development of metrology as a key aspect of modern manufacturing technology, linking design intent to process capability. The papers published herein will facilitate the exploration of new and evolving research concepts by the international research community and will influence the development of international standards for the application of DET technologies.

Satisfying the Einstein-Podolsky-Rosen criterion with massive particles

In 1935, Einstein, Podolsky and Rosen (EPR) questioned the completeness of quantum mechanics by devising a quantum state of two massive particles with maximally correlated space and momentum coordinates. The EPR criterion qualifies such continuous-variable entangled states, where a measurement of one subsystem seemingly allows for a prediction of the second subsystem beyond the Heisenberg uncertainty relation. Up to now, continuous-variable EPR correlations have only been created with photons, while the demonstration of such strongly correlated states with massive particles is still outstanding. Here we report on the creation of an EPR-correlated two-mode squeezed state in an ultracold atomic ensemble. The state shows an EPR entanglement parameter of 0.18(3), which is 2.4 s.d. below the threshold 1/4 of the EPR criterion. We also present a full tomographic reconstruction of the underlying many-particle quantum state. The state presents a resource for tests of quantum nonlocality and a wide variety of applications in the field of continuous-variable quantum information and metrology.

Whole wafer magnetostriction metrology for magnetic films and multilayers

The requirements for metrology of magnetostriction in complex multilayers and on whole wafers present challenges. An elegant technique based on radius of curvature deformation of whole wafers in a commercial metrology tool is described. The method is based on the Villari effect through application of strain to a film by introducing a radius of curvature. Strain can be applied tensilely and compressively depending on the material. The design, while implemented on 3'' wafers, is scalable. The approach removes effects arising from any shape anisotropy that occurs with smaller samples, which can lead to a change in magnetic response. From the change in the magnetic anisotropy as a function of the radius, saturation magnetostriction ?s can be determined. Dependence on film composition and film thickness was studied to validate the radius of curvature approach with other techniques. ?s decreases from positive values to negative values through an increase in Ni concentration around the permalloy composition, and ?s also increases with a decrease in film thickness, in full agreement with previous reports. We extend the technique by demonstrating the technique applied to a multi-layered structure. These results verify the validity of the method and are an important step to facilitate further work in understanding how manipulation of multilayered films can offer tailored magnetostriction.

MSC-clustering and forward stepwise regression for virtual metrology in highly correlated input spaces

Increasingly semiconductor manufacturers are exploring opportunities for virtual metrology (VM) enabled process monitoring and control as a means of reducing non-value added metrology and achieving ever more demanding wafer fabrication tolerances. However, developing robust, reliable and interpretable VM models can be very challenging due to the highly correlated input space often associated with the underpinning data sets. A particularly pertinent example is etch rate prediction of plasma etch processes from multichannel optical emission spectroscopy data. This paper proposes a novel input-clustering based forward stepwise regression methodology for VM model building in such highly correlated input spaces. Max Separation Clustering (MSC) is employed as a pre-processing step to identify a reduced srt of well-conditioned, representative variables that can then be used as inputs to state-of-the-art model building techniques such as Forward Selection Regression (FSR), Ridge regression, LASSO and Forward Selection Ridge Regression (FCRR). The methodology is validated on a benchmark semiconductor plasma etch dataset and the results obtained are compared with those achieved when the state-of-art approaches are applied directly to the data without the MSC pre-processing step. Significant performance improvements are observed when MSC is combined with FSR (13%) and FSRR (8.5%), but not with Ridge Regression (-1%) or LASSO (-32%). The optimal VM results are obtained using the MSC-FSR and MSC-FSRR generated models. © 2012 IEEE.

Extreme learning machines for virtual metrology and etch rate prediction

Virtual metrology (VM) aims to predict metrology values using sensor data from production equipment and physical metrology values of preceding samples. VM is a promising technology for the semiconductor manufacturing industry as it can reduce the frequency of in-line metrology operations and provide supportive information for other operations such as fault detection, predictive maintenance and run-to-run control. Methods with minimal user intervention are required to perform VM in a real-time industrial process. In this paper we propose extreme learning machines (ELM) as a competitive alternative to popular methods like lasso and ridge regression for developing VM models. In addition, we propose a new way to choose the hidden layer weights of ELMs that leads to an improvement in its prediction performance.