Nesta se¸c˜ao ser˜ao apresentadas as trˆes propostas de medi¸c˜ao de folga radial con- sideradas neste trabalho, sendo a ´ultima apresentada, com o uso de vis˜ao de m´aquina, a proposta efetivamente implantada neste trabalho. ´E importante observar que o termo medi¸c˜ao autom´atica n˜ao necessariamente representa a retirada dos operadores humanos dessa etapa, mas a automatiza¸c˜ao do processo de inspe¸c˜ao ou medi¸c˜ao em si. Opera- dores humanos ainda podem ser necess´arios, por exemplo, para fixa¸c˜ao do aparato de medi¸c˜ao no compressor e para fazer a tomada de decis˜ao, respondendo aos resultados da medi¸c˜ao e removendo motores defeituosos da linha para o descarte ou retrabalho.
As duas propostas alternativas ao uso de vis˜ao de m´aquina envolvem a automa¸c˜ao do procedimento manual de inspe¸c˜ao e a determina¸c˜ao de grandezas el´etricas na carca¸ca do motor. Nas se¸c˜oes 3.3.1 a 3.3.3 essas trˆes propostas s˜ao apresentadas em maior detalhe.
3.3.1 Automa¸c˜ao da inspe¸c˜ao manual
Uma primeira abordagem, pouco inovadora, para fazer a inspe¸c˜ao de folga radial ´
e automatizar o procedimento feito manualmente, utilizando atuadores automatizados ao inv´es de operadores humanos, suscet´ıveis a todos os fatores expostos.
Um motor auxiliar, acoplado ao eixo do motor em fabrica¸c˜ao, poderia movimentar uma ferramenta adaptada, similar `a ferramenta utilizada para inspe¸c˜ao manual, ao longo da folga. A leitura da corrente exigida por esse motor indicaria a presen¸ca de defeito de folga, j´a que a corrente depende do torque necess´ario para rotacionar o motor.
Um esquem´atico desta solu¸c˜ao ´e apresentado na figura 3.6. O acoplamento entre o motor auxiliar e a ferramenta de inspe¸c˜ao deve ser feito de tal forma que permita pequenas varia¸c˜oes no raio da trajet´oria, j´a que pequenos erros no alinhamento dos dois
motores impediriam o giro do motor auxiliar ao longo da folga radial, resultando em falsos positivos.
Figura 3.6: Proposta de automa¸c˜ao da inspe¸c˜ao de folga radial pelo acoplamento de um motor auxiliar para movimenta¸c˜ao da ferramenta de inspe¸c˜ao. Fonte: autor.
Inicialmente, a vantagem deste m´etodo est´a em tratar-se de uma abordagem j´a utilizada: sabe-se que a inspe¸c˜ao com o uso da ferramenta funciona, trata-se apenas da automa¸c˜ao do procedimento. Entretanto, desvantagens logo vˆem `a tona: o acoplamento entre o motor auxiliar ao eixo n˜ao seria de f´acil montagem e, similarmente, o projeto do acoplamento entre o motor auxiliar e a ferramenta de inspe¸c˜ao n˜ao ´e trivial.
A montagem do sistema sobre o eixo do motor n˜ao ´e f´acil dadas as dimens˜oes envolvidas e os acoplamentos mecˆanicos. Se um operador humano tem que fazer a montagem do sistema, pode ser mais f´acil que esse operador simplesmente fa¸ca a inspe¸c˜ao manual, mesmo propensa `as desvantagens mencionadas.
Uma vantagem final ´e a possibilidade de se acionar o motor sob inspe¸c˜ao junta- mente com o motor auxiliar, em velocidades diferentes, e de preferˆencia em sentidos opostos, para avaliar a presen¸ca de excentricidade.
3.3.2 Medi¸c˜ao de grandezas el´etricas na estrutura do motor
A segunda proposta ´e a medi¸c˜ao de grandezas el´etricas entre o eixo e o estator ou entre o rotor e o estator. Sabe-se que a aproxima¸c˜ao de chapas met´alicas causa o aparecimento de uma capacitˆancia entre elas, que varia conforme a distˆancia entre as placas met´alicas.
No caso, a folga radial pode ser interpretada como o diel´etrico de um capacitor, formado entre as paredes do rotor e do estator. Experimentos iniciais mostraram que a carca¸ca das duas partes n˜ao s˜ao isoladas eletricamente, ou seja, h´a um valor baixo de resistˆencia el´etrica entre elas.
Aplicando-se tens˜oes alternadas com diferentes valores de frequˆencia e amplitude, pode-se analisar a impedˆancia que existe entre o rotor e o estator. A an´alise da im- pedˆancia em v´arios motores, com caracter´ısticas de defeito bem conhecidas, poderia dar origem a um modelo de varia¸c˜ao da impedˆancia com a varia¸c˜ao dos parˆametros da folga radial.
Um exemplo de circuito para avalia¸c˜ao da impedˆancia entre as partes do motor ´e apresentado na figura 3.7. A avalia¸c˜ao da impedˆancia pode ser feita medindo a queda de tens˜ao sobre uma resistˆencia de valor bem conhecido em s´erie no circuito e comparando-a com a tens˜ao aplicada na fonte.
Figura 3.7: Exemplo de circuito para avalia¸c˜ao de impedˆancia de um modelo com capacitˆancia e resistˆencia em paralelo. Fonte: autor.
Pode-se ent˜ao construir um sistema de medi¸c˜ao para fazer essa avalia¸c˜ao nos mo- tores em linha de produ¸c˜ao. Na figura 3.8 ´e apresentado um esquema simplificado com conectores ligados ao estator e ao eixo de um motor e um instrumento de determina¸c˜ao da impedˆancia.
Este sistema apresenta v´arias vantagens em rela¸c˜ao `a proposta anterior, princi- palmente nos quesitos de simplicidade e facilidade de aplica¸c˜ao na linha de produ¸c˜ao. Entretanto, existem desvantagens de natureza t´ecnica:
• n˜ao se sabe se a varia¸c˜ao da impedˆancia ser´a significativa o suficiente para se medir com instrumentos aplic´aveis em uma linha de produ¸c˜ao;
Figura 3.8: Proposta de automa¸c˜ao da inspe¸c˜ao de folga radial pela conex˜ao de condutores para leitura de grandezas el´etricas. Fonte: autor.
• a fixa¸c˜ao dos conectores ao motor n˜ao ´e trivial, incluindo uma impedˆancia vari´avel em s´erie com o circuito, principalmente devido `a presen¸ca de ´oleo e impurezas nas superf´ıcies do motor;
• os valores de capacitˆancia dependem de outros fatores externos, como temperatura ambiente e umidade; mesmo que seja poss´ıvel medir estes parˆametros, a constru¸c˜ao de um modelo torna-se complexa e suscet´ıvel aos mais diversos erros (22);
• a pequena taxa de rejei¸c˜ao de motores torna dif´ıcil a obten¸c˜ao de motores com defeito bem caracterizado para teste.
Essas desvantagens n˜ao se aplicam `a possibilidade de se inspecionar somente a ocorrˆencia de contato entre as partes, j´a que a resistˆencia el´etrica seria reduzida. Dessa forma, pode-se vislumbrar o uso desta alternativa como m´etodo de inspe¸c˜ao redundante, devido a sua simplicidade de aplica¸c˜ao em linha.
3.3.3 Medi¸c˜ao de folga radial por vis˜ao de m´aquina
O uso de um sistema de vis˜ao para medi¸c˜ao da folga radial ´e a terceira alternativa que ser´a analisada para o projeto. Prop˜oe-se um sistema de vis˜ao que capture o anel de folga radial iluminado por baixo.
Um esquem´atico da proposta ´e apresentado na figura 3.9. Os motores fabricados pela empresa tˆem aberturas no bloco e na interface entre o bloco e o estator que permi- tem a entrada de luz. Testes preliminares mostraram que a ilumina¸c˜ao atrav´es dessas aberturas ´e suficiente para iluminar a folga por completo, formando um anel de luz para
Figura 3.9: Proposta de automa¸c˜ao da inspe¸c˜ao de folga radial pelo uso de um sistema de vis˜ao de m´aquina. Fonte: autor.
captura pela cˆamera, desde que o restante do ambiente esteja suficientemente escuro para que haja adequado contraste.
Entretanto, um grande problema desta abordagem ´e a perspectiva. Ao contr´ario do que algumas imagens esquem´aticas apresentadas neste documento sugerem, na pr´atica, a folga radial tem na ordem de 10 cm de profundidade e apenas alguns d´ecimos de mil´ımetro de espessura. Mesmo com uma cˆamera de grande distˆancia focal (portanto com pequeno campo de vis˜ao) posicionada a uma grande distˆancia do motor, n˜ao seria poss´ıvel capturar o fundo do anel de folga radial.
Para solucionar este obst´aculo, prop˜oe-se o uso de uma lente telecˆentrica na cap- tura do anel de luz. Esse tipo de lente tem a caracter´ıstica de capturar imagens orto- gonais do ambiente, eliminando completamente o efeito de perspectiva. A luz que entra nessa lente ´e colimada, ficando paralela ao seu eixo ´optico (6,19).
Na figura 3.10 ´e ilustrada a diferen¸ca entre lentes convencionais e telecˆentricas para a aplica¸c˜ao proposta. Com uma lente convencional, conforme na figura 3.10(a), n˜ao se consegue capturar o fundo da folga, mas apenas as paredes internas do motor. Uma lente telecˆentrica, conforme ilustrado na figura 3.10(b), permitiria capturar a folga desde que a lente tenha o diˆametro compat´ıvel com o tamanho do motor e esteja bem alinhada.
Figura 3.10: Aplica¸c˜ao de lente convencional (a) e lente telecˆentrica (b) para medi¸c˜ao de folga radial. Fonte: autor.
A vantagem inicial desta abordagem ´e a quantidade de informa¸c˜ao que ela permite obter. Uma vez analisada a imagem do anel de luz obtida com uma cˆamera com lente telecˆentrica, podem-se determinar os raios do rotor e estator, a excentricidade entre as duas partes e, assim, a menor distˆancia entre elas. Similarmente, desalinhamentos e deforma¸c˜oes poderiam ser detectados como um formato el´ıptico nas duas formas.
A proposta tamb´em permite que o motor seja acionado durante a medi¸c˜ao, permi- tindo a inspe¸c˜ao do motor durante o funcionamento normal, por exemplo, para detectar presen¸ca de batimento ou funcionamento at´ıpico.
Tamb´em existem desvantagens para esta abordagem, como o custo de uma lente telecˆentrica com tamanho suficiente para captura da folga, a dificuldade de se realizar o alinhamento do conjunto e o isolamento luminoso, associado ao baixo tempo de ciclo da linha.