O uso de posicionadores em equipamentos de precisão, em particular no posicionamento de ferramenta/peça em usinagem de ultraprecisão, se deve à necessidade de se obter um rígido controle do perfil a ser usinado. Para chegar a esse nível desejado é preciso monitorar a posição da ferramenta em relação à peça durante o processo de usinagem e fazer as devidas compensações de erros, a fim de se obter sucesso no final do processo.
Este trabalho apresentou um estudo das técnicas de projeto aplicadas no desenvolvimento de um microposicionador angular, visando sua utilização no posicionamento de peças/ferramentas na usinagem de ultraprecisão.
As principais características técnicas do arranjo obtido são as seguintes:
Permitir o posicionamento dos mais diversos sistemas em máquinas, instrumentos ou aparelhos de Mecânica de Precisão, através dos seus três graus de liberdade (um de translação e dois de rotação);
Resolução de posicionamento submicrométrica, inferior a 0,10 m num curso aproximado de 40 m;
Possibilidade de adaptação a um sistema de alinhamento interferométrico do tipo Fizeau, através da utilização de algoritmo de correção, especialmente desenvolvido para este fim;
O projeto agrupa as características vantajosas da utilização de acionamento direto, via atuadores piezoelétricos, com guias/mancais de mola, numa arquitetura que oferece facilidade de construção.
Dentre as conclusões gerais referentes ao desenvolvimento deste trabalho, pode-se ressaltar a utilização das técnicas de projeto na concepção do posicionador.
Ao iniciar-se um projeto, sabe-se relativamente pouco quanto à provável solução final, de modo que nesse estágio há muitas incertezas e corre-se assim certo risco em supor que a iniciativa seja viável. À medida que o projeto progride, aparecem condicionantes, surgem soluções alternativas, comparam-se possibilidades, concretizam-se outras informações, a auxiliar numa resposta a essa perene questão. Portanto, o risco de tomar uma solução errada é máximo ao início do processo e decresce com a aparição de novos elementos.
Dentre as diversas alternativas disponíveis para elementos construtivos do sistema optou-se, através de uma análise de valor, por um sistema híbrido com características vantajosas de várias opções. O projeto congrega os seguintes elementos:
Mancal de flexão: sistemas flexíveis ajudam a eliminação de folgas mecânicas;
Apoio cinemático: o posicionador deve estar unido à parte móvel (mola) através de apoio cinemático, ou seja, livre de tensões internas. Esse apoio pode ser constituído de três canaletas em v (no posicionador e no mancal de mola) e três esferas;
Pode-se simplificar a plataforma de Stewart para dois atuadores e um ponto articulado, pois são necessários somente dois graus de liberdade (giros em torno de X e de Y).
Como forma de avaliar a funcionalidade e desempenho geométrico do protótipo, um estudo cinemático do arranjo foi realizado através da modelagem das trajetórias a serem percorridas pelo sistema, permitindo a extração de algumas conclusões:
Foram obtidas equações que representam os deslocamentos necessários nos atuadores para correção angular do posicionador, permitindo melhor funcionalidade e sua utilização em algoritmos específicos;
A influência dos diversos parâmetros geométricos e trajetórias são visualizados através de simulação numérica.
Tendo em vista que este trabalho trata do desenvolvimento de um microposicionador angular, fica evidente que existe ampla gama de futuros temas de pesquisa a ser explorada.
A seguir são apresentadas algumas sugestões para trabalhos que poderão dar continuidade ao tema aqui apresentado:
Fabricação do sistema proposto;
Utilização desse sistema na máquina comercial ASG 2500 Rank Pneumo do Laboratório de Ultraprecisão da EESC - USP;
Aplicação de técnicas modernas de controle para os atuadores(PID feed forward, lógica difusa, etc.);
Anexar o protótipo ao algoritmo de correção anteriormente desenvolvido no Laboratório de Ultraprecisão da EESC – USP (SANTOS, 1997).;
Substituição do algoritmo anteriormente desenvolvido no Laboratório de Ultraprecisão da EESC – USP (SANTOS, 1997), baseado em inteligência artificial, capaz de interpretar as imagens e gerar os sinais de comando (correção) para os atuadores.
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