Estrutura Mecânica

Atendendo a estes requisitos, e juntando sempre ideias relativas a possíveis trabalhos futu- ros, pode-se então começar a pensar numa solução. Estes dados levam-nos então às seguintes considerações:

• Criação de um sistema de suporte com rotação de dois eixos para a peça. Como se pretende obter vistas de todas as faces do objecto a estudar, mas precisa-se que a peça esteja fixa para captura de imagem, pensou-se em recorrer a uma estrutura com pelo menos dois motores em dois níveis diferentes: um motor ligado directamente à peça (motor 1), para que esta ro- dasse sobre si mesma, e acoplado numa peça em forma de moldura. Por sua vez, esta estaria ligada a um segundo motor (motor 2), que faria rodar toda a sub-estrutura de moldura + pri- meiro motor + peça, permitindo obter vistas das restantes faces. Os motores utilizados para fazer a rotação seriam passo-a-passo, porque além de serem mais baratos e mais facilmente programáveis, permitem fazer um controlo fino de posição (através do número de passos);

• Permitir a livre movimentação da peça e do seu sistema de fixação. A juntar ao ponto anterior, esta consideração é para que a peça tenha espaço suficiente para rodar 360osobre si, e que toda a solução descrita acima tenha espaço livre para fazer as rotações necessárias de modo a conseguir obter as orientações pretendidas. Por isso, ao construir a estrutura, ter em atenção o espaço livre que todo o atravancamento vai necessitar, nas várias direcções;

• Junção da câmara com a iluminação e com todo o sistema de rotação da peça, tudo numa estrutura só. Para facilitar o controle de variáveis tais como a WD e alinhamento da câmara, pretende-se combinar os vários constituintes, ligando rígidamente os respectivos suportes onde estes vão estar encaixados. Outra vantagem é, quando se montarem sistemas de ilumi- nação compatíveis, estes fiquem logo alinhados com o resto dos componentes (por exemplo, um domo em frente da câmara);

• Estrutura construída na horizontal. Ao contrário do que costuma aparecer nas representa- ções esquemáticas, o sistema mecânico será feito de maneira a que a câmara esteja alinhada com a peça na horizontal. Como será pensada uma estrutura única que inclua encaixe para a câmara, iluminação e fixação da peça, fazer isto na vertical pode trazer problemas de es- tabilidade nos pontos mais elevados (câmara). Tendo como única desvantagem o espaço ocupado, a construção na horizontal permite um mais fácil alinhamento da câmara com a peça (e desalinhamento também, se assim for pretendido). Adicionalmente, como vai haver movimentação de motores e peças com alguma massa relativa, ter uma base com uma maior área assente aumenta a estabilidade geral, e reduz o efeito das vibrações;

• Incluir suportes para iluminação e câmara que sejam ajustáveis. Ainda que para este tra- balho, a câmara tenha uma WD fixa, pode nem sempre ser o caso no futuro, e no caso da iluminação serve para poder ser livremente ajustada. Mas o ajustável refere-se não só à distância entre os componentes, mas também à altura da câmara. Pode ser preciso alterar o alinhamento e isso terá que ser feito com facilidade;

• Sistema de fixação do objecto que seja flexível. Esta é uma das considerações que mais tem em conta futuros trabalhos, a pedido do INEGI. O mais importante será que consiga fixar as peças que são objecto de estudo neste trabalho, mas pensando numa solução em que as partes utilizadas na fixação possam ser facilmente trocadas fica preparado para o futuro.

Uma primeira iteração da estrutura apresenta-se na fig. 3.14. Começou por se utilizar tubo de alumínio para fazer o suporte da câmara e a base da estrutura, na qual depois assentaria uma peça maciça que faria o suporte de todo o sub-sistema de fixação e rotação do objecto. Inicialmente, o sistema de rotação pensado utilizava 2 motores para a rotação no eixo de Y que estavam fixos em peças ocas que por sua vez estavam fixas à estrutura principal (A ideia de utilizar 2 motores para fazer a rotação do mesmo eixo foi desaconselhada porque, em primeiro lugar, existem problemas em conseguir um perfeito sincronismo dos motores, o que provocaria a torção da estrutura e possi- velmente diferentes posições para cada motor; outro motivo é que, sendo os componentes a rodar de baixa massa e inércia total, o uso de um motor com maior potência simplifica o processo de

controlo e permite compensar em termos de custo total). Os ajuste dos componentes móveis era feito através de manípulos normalizados.

Figura 3.14: Modelo CAD 3D da primeira iteração do sistema electromecânico a construir estando montados, para fins de demonstração, uma técnica de iluminação e um exemplo de um puxador.

Em reunião com os Engenheiros do INEGI, foram abordados estes problemas e ainda sugeri- das outras alterações, que resultaram na estrutura final:

• Utilização de perfis de alumínio para toda a parte rígida do conjunto. Numa tentativa de di- minuir os custos e o tempo de produção, foram sugeridos e utilizados perfis de alumínio do tipo V-Slot. Este tipo de perfis vem já cortado à medida, tem rápida entrega e preço baixo. Tem também uma grande compatibilidade com outros componentes, e torna fácil a mon- tagem da estrutura, ao utilizar partes normalizadas tais como cantos, suportes universais, porcas em T e respectivos parafusos.

• Utilização de apenas um motor para a rotação de cada eixo e mudança de acoplamentos. Tal como explicado anteriormente, o uso de 2 motores foi descontinuado. Os acoplamentos também foram modificados: no caso do motor 1 foi decidido retirar o acoplamento porque a vibração resultante da rotação do motor, com o acoplamento, faz com que o sistema de fixação da peça demore demasiado tempo até estabilizar para se poder fotografar; no caso do motor 2, foi mudado o acoplamento para um rígido, que é suficiente para as exigências de rotação do sistema e mais barato.

• Fixação do motor exterior directamente à estrutura. Em vez de serem colocados em peças de grande dimensão adicionais, foi recomendado que os motores tivessem apenas um pequeno suporte que os juntasse aos perfis, já que estes teriam características mecânicas suficientes para suportar o peso do motor.

• Possibilidade da utilização da impressão 3D. O INEGI disponibilizou a sua impressora 3D por extrusão para fabrico de pequenas peças. Isto possibilitou que pequenos suportes dese- nhados à medida fossem produzidos rápidamente e com baixo custo, com a vantagem de se poderem ir iterando as medidas finais destas peças, depois de experimentadas.

No final, com as devidas mudanças, a estrutura que foi construída ficou com a seguinte configura- ção (fig.3.15):

(a)

(b)

(c)

Figura 3.15: Configuração final da estrutura mecânica: a) Modelo CAD 3D do sistema completo, com indicação da numeração dos motores; b) e c) Desenhos com as medidas de atravancamento gerais da estrutura.