Metrologia

INTRODUÇÃO

O mercado de máquinas de medir por coordenadas (MMC) no Brasil teve crescimento significativo nos últimos anos. Tal crescimento, que chegou a 20% de 1998 para 1999 e teve impulso na crescente exigência de inspeção geométrica de componentes mecânicos, crescente informatização da cadeia produtiva e da necessidade de adequação às normas de sistemas de qualidade pelas indústrias de manufatura.

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.

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. 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.

 

DEFINIÇÃO

Uma máquina de medição de coordenadas (Coordinate Measuring Machine - CMM) é um sistema mecânico e eletrônico cujo objetivo é a obtenção de coordenadas cartesianas de pontos sobre superfícies sólidas. No entanto, devido à existência de diversas fontes de erro associadas ao sistema, os resultados por ela fornecidos não são exatos.

Para uma máquina de medição de coordenadas, sua utilidade e modo de funcionamento é construir um modelo cinemático para o seu comportamento mecânico, que nos permita corrigir as coordenadas lidas pela máquina, a partir da consideração dos chamados erros geométricos.

TIPOS DE MÁQUINAS

Existem diferentes tipos de máquinas de medição de coordenadas que se caracterizam com base na sequência cinemática da máquina, ligada aos movimentos das suas peças. Embora o estudo aqui apresentado seja válido para outros tipos de MMC, faremos uma descrição um pouco mais detalhada dos principais constituintes e do modo de funcionamento de uma máquina de medição de coordenadas de pórtico móvel e de mesa fixa.

FIGURA 1 - Máquina de medição de coordenadas de mesa fixa e pórtico móvel (ZEISS)

Em ambos os lados da base de suporte, fixadas à estrutura, encontram-se as guias do eixo OX (carris horizontais), através das quais o pórtico da máquina se encontra ligado à base e que o obrigam a ter movimentos de translação segundo aquela direção (embora as diversas fontes de erro perturbem esse movimento). A eliminação do atrito no movimento do pórtico (e das outras partes móveis) obtém-se normalmente pelo uso de almofadas de ar comprimido, o que implica a existência de um compressor independente que forneça ar comprimido à máquina.

As diversas posições que o pórtico assume são referenciadas pela sua distância a um ponto fixo e traduzem-se pela coordenada x. O movimento de translação do pórtico de uma MMC está sujeito a desvios, que são consequência do seu grande volume, peso elevado e base de apoio.

Sobre o pórtico da CMM encontram-se as guias do eixo OY, que irão suportar e orientar o movimento do carro da máquina, o qual irá deslocar-se sobre o pórtico, perpendicularmente à translação, materializando o movimento de um plano coordenado vertical, paralelo a OXZ.

Na extremidade inferior do braço localiza-se o sistema de palpação ou de contacto, composto pela cabeça, haste e esfera de palpação. Designamos por palpador o conjunto formado pela haste e pela esfera. As esferas de palpação são normalmente feitas de rubi, que é uma substância com grande homogeneidade e com elevada resistência ao desgaste e como tal adequada para a elaboração de esferas de alta precisão. O desvio de uma esfera de palpação é geralmente inferior a 0.25mm

É na cabeça que se concentra a parte eletrônica do sistema de palpação. A conexão entre o palpador e a cabeça é feita por um sistema de rosca ou baioneta, possibilitando a utilização de diferentes palpadores. Podem ainda existir sistemas automáticos que modificam a orientação das hastes. Na base da cabeça, no seu centro, encontra-se o ponto de referência, em relação ao qual é referenciada a posição do palpador. Este ponto, extremamente importante, especialmente quando utilizamos diferentes palpadores, não está necessariamente materializado na MMC.

No caso em que a ligação entre a haste e a cabeça é feita por meio de um sistema de rosca, o ponto de referência situa-se no centro da rosca. A determinação da posição do centro da esfera de palpação em relação ao ponto de referência é feita através de um procedimento denominado por calibração.

FIGURA 2 - Ponto de referência na cabeça de palpação e conjunto de palpadores (ZEISS)

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.

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