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Análise dimensional de peças
(medição por coordenadas).
Planejamento
Tempo Objetivo específico Conteúdo Estratégia de
ensino
Instrumento
de avaliação
5 min Se apresentar aos avaliadores
Introdução Exposição dialogada
Não aplicável
5 min Informar sobre a importância da medição tridimensional
Vantagens e desvantagens no sistema de medição tridimensional
Exposição dialogada com auxílio de data show.
Perguntas e respostas
10 min Conhecer os tipos de máquinas de medição por coordenadas
Máquinas de medir por coordenadas MMC
Exposição dialogada com auxílio de data show.
Perguntas e respostas
5 min Conhecer os tipos de apalpadores e possíveis erros de medição
Apalpadores e erros de medição
Exposição dialogada com auxílio de data show.
Perguntas e respostas
5 min Resumo e conclusão sobre usos e aplicações
Resumo e conclusão
Exposição dialogada.
Perguntas e respostas
Análise dimensional de peças
(medição por coordenadas).
ELIAS ROSENDO SOBRINHO
SOROCABA JUNHO DE 2009
Medição tridimensional
O controle de qualidade dimensional é tão antigo quanto a própria indústria, mas somente nas últimas décadas vem ocupando a importante posição que lhe cabe. O aparecimento de sistemas de medição tridimensional significa um grande passo nessa recuperação e traz importantes benefícios, tais como aumento da exatidão, economia de tempo e facilidade de operação, especialmente depois da incorporação de sistemas de processamento de dados. Em alguns casos, constatou-se que o tempo de medição gasto com instrumentos de medição convencionais ficou reduzido a um terço com a utilização de uma máquina de medir coordenadas tridimensional MMC manual sem computador, e a um décimo com a incorporação do computador.
Introdução
O projeto de novas máquinas exige níveis de perfeição cada vez mais altos, tanto no aspecto dimensional quanto no que se refere à forma e à posição geométrica de seus componentes. Ao lado disso, a indústria vem incorporando recursos de fabricação cada vez mais sofisticados, rápidos e eficientes. Dentro dessa realidade dinâmica, surgiu a técnica de medição tridimensional, que possibilitou um trabalho de medição antes impossível por meios convencionais ou então, feitos somente com grande esforço técnico e/ou com grande gasto de tempo. O objetivo é apresentar, de modo sintético, o método de medição com a máquina de medir tridimensional e seus recursos periféricos, o que revela a influência que tal maneira de efetuar medições vem exercendo na verificação da qualidade da indústria atual, cada vez mais exigida para melhorar a qualidade de seus produtos e diminuir seus custos. Especificação da qualidade dimensional - sentido tridimensional No detalhamento de um projeto mecânico, as especificações de forma, tamanho e posição estão contidas num sistema coordenado tridimensional. Entre as especificações, encontramos diâmetros, ângulos, alturas, distâncias entre planos, posição perpendicular, concentricidade, alinhamento etc. Para cada item requerido, deve-se procurar um meio de verificação. Por isso, para medir uma peça, tornam-se necessários diversos instrumentos, o que naturalmente leva a um acúmulo de erros, pois cada instrumento possui o seu erro, conforme norma de fabricação.
espacial qualquer é bem mais complexa do que aquela para o círculo contido em plano paralelo a um dos planos definidos por dois eixos coordenados. Nos dois casos, uma solução rápida, precisa e confiável só é possível com o emprego de um computador/ calculadora para efetuar o processamento. A figura a seguir mostra recursos básicos de processamento geométricos usualmente encontrados em sistemas computadorizados. Esta figura mostra também que os cálculos, em geral, não se baseiam exatamente nos pontos de contato do sensor com a peça, mas sim nas posições dos centros do sensor após o contato, e na compensação do seu raio conforme condições específicas de cada tipo de elemento medido.
Medição de coordenadas: exemplos de mediação.
Determinação de elementos geométricos por coordenadas.
Formas construtivas de máquinas de medir por coordenadas.
CONFIGURAÇÕES MECÂNIICAS Os cálculos de comprimentos, distâncias entre eixos, diâmetros, ângulos, desvios de planicidade e todos os outros parâmetros geométricos, são feitos a partir das coordenadas de pontos medidos em relação a um sistema coordenado definido pela máquina de medir. Para constituir uma máquina universal de medir, é suficiente capacitá-la a operarem três coordenadas lineares ortogonais. No entanto, a eficiência é aumentada significativamente, se houver à disposição o recurso do movimento angular em um dos planos coordenados, especialmente tratando-se de peças simétricas de rotação, como engrenagens, discos de cames, etc. A figura acima mostra algumas formas construtivas de máquinas de medir. A forma construtiva esta muito relacionada com o volume de medição, com a área de acesso para a peça, com a incerteza de medição e algumas vezes com a própria tecnologia acumulada por certo fabricante. Os fabricantes em geral equipam suas máquinas com mancais pneumáticos, embora sejam encontradas algumas máquinas guarnecidas com guias de roletes ou esferas recirculantes. Os mancais pneumáticos permitem um movimento com mínimo de atrito, favorecendo alcançar elevado nível de precisão para a MMC. Quanto aos medidores de deslocamento (posição), tem-se o uso generalizado de escalas eletro-óptico incrementais, operando com resoluções de 0,1 a 2 μm. APALPADORES O localizador também é de vital importância na determinação das coordenadas dos pontos, podendo operar com ou sem contato com a peça a medir. Os sem contato são posicionados manualmente e identificam o ponto com base num sistema óptico de projetor de perfil ou microscópio com cruz reticulada, não sendo próprios para aplicações universais e automatizadas. Tais sistemas ópticos têm sido substituídos por câmeras digitais e processamento computadorizado de imagens.
Localizadores.
Apalpadores lasers para máquinas de medir por coordenadas. A figura acima mostra localizadores ópticos mais modernos, baseados em um feixe laser e método de medição por triangulação. Associados a dispositivos articulados de posicionamento, estes localizadores permitem medir, sem contato, superfícies com forma irregular. Os localizadores com contato podem ser rígidos, apresentando diferentes configurações do sensor, em função da característica do ponto a ser localizado na peça, ou pode ser
articulado (figura 9.5c), sendo a localização do ponto de medida relacionada à geração de um sinal elétrico.
Configurações mecânicas de apalpadores. Há dois tipos básicos de apalpadores:
- Apalpador medidor - fornece um sinal proporcional ao deslocamento do sensor após o contato com a peça; este sinal pode ser usado para o controle de posicionamento, para o disparo da leitura ou para obter o valor do deslocamento, que adicionado aos valores medidos nas escalas, resulta nas coordenadas do ponto de medição.
- Apalpador comutador - fornece um sinal de comutação (liga/desliga) após um deslocamento pré-definido do sensor. Através de uma calibração inicial do apalpador, com determinado sensor, determina-se o diâmetro virtual da esfera, que considera o raio e a deflexão para emissão do sinal. As coordenadas e os parâmetros geométricos do elemento medido são corrigidos com aquele raio.
Máquina de medir coordenadas (tridimensional).
Apalpadores 3D--Comutador (erros do ponto de referência). Os métodos para obtenção das coordenadas de um ponto no instante de medição são os seguintes:
- Método diferencial, que consiste na associação dos valores indicados por um apalpador medidor com os valores coordenados das escalas da máquina após o contato com a peça;
- Método absoluto, onde as coordenadas da máquina são adquiridas no instante da emissão do sinal de comutação de um apalpador comutador ou em uma condição predefinida de deflexão de um apalpador medidor. Observa-se que as medições feitas pelo método diferencial são estáticas, ao passo que com o método absoluto elas são dinâmicas. As máquinas de melhor qualidade operam com o apalpador medidor, sendo adequadas a trabalhos em laboratórios. De outro modo, aquelas que operam com o apalpador comutador são mais rápidas e se adequam ao controle geométrico com menores requisitos de precisão, como no controle de qualidade próximo à produção. ERROS DE MEDIÇÃO A qualidade dos resultados de uma MMC é função, em primeiro plano, dos erros de medição das coordenadas. Portanto, para alcançar bons resultados deve-se garantir que a máquina tenha movimentos relativos geometricamente bem definidos, com mínimos erros de retilineidade, ortogonalidade, planicidade, etc (mínima distorção do sistema coordenado em relação ao ideal). Isto implica em uma estrutura bastante rígida, de precisão e estável. As fontes de erro em uma máquina de medir coordenadas são muitas e estão indicadas no quadro. O elemento mais crítico do sistema é o localizador, no caso, o apalpador. Segue se a estrutura da máquina de medir, que estabelece os movimentos, afetando-os de erros, isto é, com desvios de retilineidade, ortogonalidade, posicionamento, etc. Diversos ensaios são necessários para avaliar a incerteza de medição da MMC, destacando-se aqueles que verificam os erros dos movimentos no espaço e que verificam o comportamento metrológico do apalpador. A normalização destes ensaios ainda é objeto de intensos estudos nos países desenvolvidos. Entre normas e recomendações disponíveis, cita-se:
- ISO 10.360 - Coordinate Metrology - Part 2: Performance Assessment of Coordinate Measuring Machines (CMMês), 1993
medição da primeira peça (ou padrão) é realizada semi-automaticamente por um operador especializado que define os pontos de medição, estabelece a seqüência de medição, o percurso do apalpador e informa os valores nominais da geometria e a respectiva tolerância. Nesta primeira fase, o computador permanece no modo “aprendizado”, aonde vai armazenando seqüencialmente todas as informações de operação. Para as demais peças, o computador é colocado no modo “medição”, repete todo o ciclo, efetuando o controle, o processamento e a documentação pré-estabelecidos;
Exemplo de relatório gráfico resultante da medição de coordenadas. d) MMC integrada a sistemas de fabricação. Uma MMC ou um centro de medição (figura 9.14), controlados por CNC, permite um controle geométrico de peças com grande velocidade e flexibilidade na alteração de programas de medição dispõe-se de recursos como troca automática de sensores ou apalpadores, bem como alimentação por palets ou robôs.
Máquina de medir por coordenadas. ASPECTOS ECONÔMIICOS O custo de uma MMC ainda é bastante alto. Nos países desenvolvidos, onde a mão de obra tem um custo muito elevado, a medição de uma peça com certo grau de complexidade já é significativamente mais econômica com uma MMC do que aplicando a instrumentação clássica. Na avaliação comparativa dos custos, devem ser considerados aspectos como: custo do investimento, depreciação, custo da área de trabalho, facilidade para preparação da medição (programas), tempo de medição, tempo de processamento, manutenção dos sistemas e assistência pós-venda, tamanho dos lotes, capacidade de comunicação com outros sistemas computacionais (troca de dados), etc. Não são computadas no estudo econômico as vantagens para o sistema produtivo advindos de um tempo de controle bastante reduzido, especialmente, quando se trata de verificação de peças ponta de série, com a finalidade de checar a regulagem das máquinas. Outro aspecto favorável, difícil de traduzir financeiramente, é a possibilidade de solucionar problemas metrológicos de difícil solução com os recursos clássicos. A implantação de um sistema de medição por coordenadas exige um estudo técnico- econômico aprofundado e uma adaptação conveniente do sistema de controle de qualidade (especificações em desenhos, por exemplo). No intuito de racionalizar a produção e de garantir a qualidade dos produtos, existe a necessidade de se identificar os erros geométricos das peças o mais cedo possível, o que exige um alto grau de automatização e flexibilidade dos sistemas de medição e controle. A atuação do computador será gradativamente mais ampla, aumentando ainda mais a potencialidade da tecnologia de medição por coordenadas.
