Instrumentos de medição de rugosidade

Há uma série de métodos alternativos para medir a rugosidade da superfície, na Tabela 3 Conroy e Armstrong (2005) apresentaram uma comparação condensada destes.

Tabela 3:- Princípios de medição da rugosidade, características e aplicações.

Fonte: CONROY e ARMSTRONG, (2005)

Instrumentos Características Comentários Aplicações Rugosímetro

de estilete

Medidas de perfil de superfície ao longo de uma linha de contato usando um estilete A geometria da ponta limita a resolução do instrumento. Na produção em geral, em pesquisas sobre usinabilidade.

STM/AFM Medidas de perfil de superfície ao longo de uma linha usando um estilete sem contato

Capaz de resolução atômica. Não pode medir superfícies maiores do que uns poucos mm.

Em pesquisas sobre materiais e processos

Rugosímetro óptico WLI

Deriva a rugosidade da superfície por comparação interferométrica a uma superfície de referência.

Sensível às vibrações do ambiente. Não é

adequado para grandes superfícies. No controle de componentes ópticos, peças usinadas em baixa produção. Rugosímetro óptico Confocal Deriva rugosidade da superfície e dados de freqüência espacial da distribuição de luz difusa

Insensíveis à vibração do ambiente. Faz medições em grandes superfícies.

No controle de componentes ópticos, peças usinadas em grande volume.

O conhecimento detalhado destas técnicas e suas limitações são fundamentais para medir adequadamente, compreensão e interpretação dos resultados de qualquer sistema.

2.7.5.1 Rugosímetro com sonda estilete

O primeiro verdadeiro instrumento capaz de medir a textura de uma superfície com um único perfil bidimensional teve sua gênese em uma tese de mestrado em 1941 (JIANG et al, 2007). Este transdutor fundamental é conhecido como perfilômetro de estilete. Como o nome sugere, neste tipo de instrumento com um apalpador em forma de agulha (geralmente de diamante) é arrastado ao longo da superfície. O movimento resultante vertical da ponta de diamante comprime um elemento piezoelétrico, que gera uma resposta de variação de tensão bastante linear (JIANG et al, 2007).

Figura 16 - Princípio de funcionamento do rugosímetro estilete. Fonte: Adaptado de JIANG et al (2007)

Este é um bom método para a análise da rugosidade em áreas pequenas ou superfícies que não se deformem pelo contato da ponta ou da sapata (BET, 1999). Tem como vantagens (i) a aceitação, pois a maioria dos padrões de referência para as superfícies são escritos para rugosímetros com sonda estilete, (ii) a aplicação no ambiente de produção em ambientes a exigência de grande controle, (iii) este método não é sensível a refletância ou cor da superfície, (iv) a resolução ser tão pequena quanto 20 nanômetros, significativamente melhor do que a óptica feita pelo laser de luz branca e o (v) fato de ser uma técnica de medição direta.

Em contra partida para medição de superfícies macias, como materiais semicondutores ou revestidos e para óptica de precisão, uma vez que a força excessiva de medição e a velocidade de movimentação podem resultar em danos a superfície e uma carga muito pequena podendo não ser suficientes para registrar todas as características de superfície. Outro problema relacionado é a resolução do instrumento que depende da geometria da ponta e do percurso do apalpador. Em geral estes rugosímetros tem um alcance vertical muito limitado, normalmente de 100m a 300m. Como resultado, as superfícies tinham que ser manualmente niveladas para permitir que o perfil situa-se dentro da faixa vertical do instrumento, o processo de medição é muito demorado e limitado a gama de superfícies que possam ser medidos (VORBURGER et al, 2007).

Os fabricantes de rugosímetros desenvolveram um novo sistema com um transdutor interferométrico que aumentou a faixa vertical de trabalho e melhorou também a calibração para corrigir as não linearidades na medição devido

principalmente ao movimento do braço do apalpador (Figura 17). Essa calibração melhorada foi possível devido a dois desenvolvimentos. Um destes desenvolvimentos foi que a direção transversal horizontal possuía uma grade linear para garantir o posicionamento preciso (instrumentos anteriores contavam com tempo para determinar a posição transversal). Outro desenvolvimento foi à utilização de algoritmos que determinam as constantes de calibração automaticamente, através da medição de uma esfera calibrada, para garantir um sistema de coordenadas cartesianas precisos no plano de medição. Este transdutor assistido pelo laser permitiu hoje a aplicação de uma ampla gama de instrumentos textura da superfície, que possui uma grande amplitude vertical, de até 24 mm com uma resolução simultânea de 0,1 nm (TAYLOR HOBSON, 2011).

Figura 17 - Esquema de funcionamento do rugosímetro estilete com transdutor laser. Fonte: Adaptado de JIANG et al., (2007)

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo são apresentados os recursos e os procedimentos adotados para realização dos experimentos a fim de atingir os objetivos propostos no Capítulo (1), empregando as estratégias e os conceitos de usinagem multi-eixos em sistemas CAM, abordadas no Capítulo (2).

A metodologia empregada neste trabalho foi baseada no desenvolvimento experimental de ensaios sistemáticos em laboratório reproduzindo situações similares às encontradas no ambiente industrial. Os experimentos foram planejados a fim investigar a importância relativa das variáveis de entrada na estratégia de fresamento 4 eixos conforme descrito no Capitulo (1). As atividades experimentais foram realizadas com foco nos resultados da textura da superfície e da exatidão geométrica na operação de acabamento. Para execução dos experimentos foi necessário um estudo prévio da capacidade da máquina CNC para os ensaios de usinagem. A estratégia de usinagem selecionada opera a máquina movimentando os eixos de forma simultânea e foi observado o comportamento do material dos corpos de prova e a resistência da ferramenta de corte nas operações de desbaste e pré-acabamento. A partir destas observações foi possível validar os dados de corte para determinar as condições mais favoráveis de usinagem. Após a análise, foram conduzidos ensaios finais para comprovação dos resultados, gerando desta forma a base para fundamentar a análise e conclusões finais.

Os recursos utilizados são detalhadamente apresentados nas seções que se sucedem.