Desenvolvimento de dispositivos de medição para controle geometrico

U N I V E R S I D A D E F E D E R A L DE S A N T A C A T A R I N A

C U R S O DE P ó S - G R A D U A C S O E M E N G E N H A R I A M E C 5 N I C A

DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVOS DE MEDICSO

PARA CONTROLE GEOMÉTRICO

p i S S E R T A Ç a O S U B M E T I D A h U N I V E R S I D A D E F E D E R A L DE S A N T A C A T A R I N A P A R A A D B T E N C S O DO G R A U DE M E S T R E

EM E N G E N H A R I A M E C S N I C A

MILTON WETZEL PEREIRA

M I L T O N W E T Z E L P E R E I R A

E S T A D I S S E R T A C a O FOI A D E Q U A D A P AR A O B T E N C S O DO T Í T U L O DE M E S T R E EM E N G E N H A R I A

E S P E C I A L I D A D E E N G E N H A R I A MECSNICA, rfREA DE C O N C E N T R A C S O M E T R O L O G I A E A UTOMACSO, A P R O V A D A EM SUA F O R M A F I N A L PELO C U R S O DE P ó S - G R A D U A C a O EM E N G E N H A R I A MECÕNICA.

D E S E N V O L V I M E N T O D E D I S P O S I T I V O S D E M E D I Ç S O

P A R A C O N T R O L E G E O M É T R I C O

Pro-f . Gü nte r Hühne, Dr.-Ing., O r i e n t a d o r

P r o f . Berend .-Ing., Co o r d e n a d o r

B A N C A EXA MINADORA:

___________________ __________________________________ Prof. Günter H o h n e , D r . ^ I n g P r e s i d e n t e

Pro-f. Nel son Back, Ph.D.

___ _________________________________________________ Pjrof . Arm a n d o A. G o n ç a l v e s Jr..,Dr.Eng

ABRADECIHENTOS

A o n o s s o Senhor, n o s s o Deus, s em o qual nada s eri a possível;

A o s m eus p ais p e l o incansável a p o i o ao longo de to dos e st es anos; Ao p r o f e s s o r G ü n t e r H o e h n e pela inestimável o r i e n t a ç ã o p r e s t a d a e pela a m i z a d e c ontínua;

A o pro-fessor C a r l o s A l b e r t o Schneider, c o o r d e n a d o r do L a b m e t r o e s u p e r i n t e n d e n t e geral da F u n d a ç ã o CERTI, p ela c o - o r i e n t a c ã o d e s t e trabalho;

Ipt F u n d a ç ã o CERTI, p el a i nf r a - e s t r u t u r a e s e r v i ç o s 1 abor ator i a i s p r e s t a d o s e ao D e p a r t a m e n t o de E n g e n h a r i a M e c â n i c a da UFSC, p e l o C u r s o de P ó s - G r a d u a ç ã o e o r i e n t a ç ã o dos pro-fessor e s ;

Ao C N P q - S I N S T / P A D C T , que p o s s i b i l i t o u o d e s e n v o l v i m e n t o de p r o t ó t i p o s e x p e r i m e n t a i s , a t r a v é s de a u x í l i o financeiro;

Aos a c a d ê m i c o s N i l o H e r m a n n e And ré Manzolli pela c o l a b o r a ç ã o na r e a l i z a ç ã o dos trabalhos;

fts s e c r e t á r i a s Marg ibe l A d r i a n a de O l i v e i r a e R o s a l v a S toc k pel a 'colaboração na d a t i l o g r a f i a e digitação;

Ao s d e m a i s c o l e g a s de t r a b a l h o do C E R T I / L A B M E T R O e p r o f e ss ore s, qu e d i r e t a ou -indiretamente d e r a m sua v a l i o s a c o l a b o r a ç ã o e o seu p r e s t i m o s o i n c e nti vo no d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e trabalho.

SUMtíRIO R E S U M O ... ... I A B S T R A C T ... II GLOSSíáRIO... ... III i. I N T R O D U C S O ... i 1.1 C O N C E I T O E F I N A L I D A D E DE D I S P O S I T I V O S DE MEDICSO... i 1.2 T I P O S DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I C S O ... 3 Í.3 E S T A D O DA A R T E ... 4 1.4 M O T I V A D O R E S PARA 0 D E S E N V O L V I M E N T O T E C N O L Ó G I C O NA AREA ... 9 1.5 O B J E T I V O S DO T R A B A L H O ... 9 E. F U N D A M E N T O S DE P R O J E T O DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I C S O ... ii E.i R E Q U I S I T O S G E R A I S ... 11 e.E FUNCftO G L O B A L DO D I S P O S I T I V O DE M E D I CaO ... lE E. 3 S U B F U N C O E S DO D I S P O S I T I V O DE M E D I C ^ O ... 15 E.E.l M e d i r ... 16 E . E . E P o s i c i o n a r ... ES E . S . 3 F i x a r ... E7 E. E. 4 G u i a r ... 30 E . E . 5 S u p o r t a r ... ... 35 3. SISTEMtíTICA DE D E S E N V O L V I M E N T O DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I c a O ... 37 3.1 S I S T E M Á T I C A DE D E S E N V O L V I M E N T O ... 37 ^ E D E S C R I C a O DAS FASES DE D E S E N V O L V I M E N T O ... 39

3 . E . l'"cá'p;acter i Hacão da tare-Fa... 39

3 . E . E D e t a l h a m e n t o da tare-fa... 41

3 . E . 3 Dé-finição do p r o c e s s o de mediqrão... 4E 3 . E . 4 C o n c e p ç ã o do d i s p o s i t i v o de m e d i ç ã o ... 45

3 . E . 5 Esb oco ’ do p r o t ó t i p o ... , ... 50

3. E. 6 A n á l i s e teor icâ dos e r ros de med i cão .V . 51 -i'' K, ■ r " ' 3 . E . 7 Proj,e^to, -fabricação e montagem,|.dó protótipo.. 59

^ í -3 . E . 8 Qual i-f icaçaò, e -fabricaçao do p r o t ó t i p o ... 60

3 . E . 9 Aval iacao. _dos r e s ^ ^ t a d o s ... 65

^'3..E. 10 D o c u m e n t a ç ã o ... ... ... 66

A

D E S E N V O L V I M E N T O D E D I S P O S I T I V O S D E M E D I C S O P A R A C O M T R O L E O E O f ^ É T R I C O

4. D E S E N V O L V I M E N T O DE C O N J U N T O M O D U L A R DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I C S O ... .... 70 4.1 V A N T A G E N S E L I M I T A Ç o E S NA A P L I C A CaO , ... .... 7i 4.2 C A R A C T E R Í S T I C A S C O N S T R U T I V A S DE C O N J U N T O S M O D U L A R E S . 7E 4.5.1 M o d u l a r i d a d e ... ... ....73 4 . 2 . S F l e x i b i l i d a d e ... .... 75 4 .2.3 V e r s a t i l i d a d e ... ... 75 4 . 2 . 4 I n t erc amb i ab i 1 i d a d e ... .... 77 4 . 2 . 5 Q u a l i d a d e ... 78

4 . 2 . 6 Rac i ona 1 i z aç ão de e l e m e n t o s ... .... 78

4.3 E L E M E N T O S F U N C I O N A I S ... .... 80 4.4 F O R M A S C O N S T R U T I V A S T Í P I C A S DE C O N J U N T O S M O D U L A R E S . 82 4.4.1 C o m p o n e n t e s b á s i c o s de d i s p o s i t i v o s p ar a p e c a s c i l í n d r i c a s l o n g a s ...82 4 . 4 . 2 C o m p o n e n t e s b á s i c o s de d i s p o s i t i v o s para p e ç a s c i l í n d r i c a s c u r t a s ou p e cas p r i s m á t i c a s ...84 4.5 P R O J E T O DO C O N J U N T O M O D U L A R P A R A D I S P O S I T I V O S DE M E D I C a O ... .... 85 4.5.1 De-finicão dos e l e m e n t o s do c o n j u n t o ... 86 4 . 5 . 2 C o n f i g u r a ç ã o de m o n t a g e m dos d i s p o s i t i v o s de m e d i c a o ... 102 4.6 E N S A I O DE D E S E M P E N H O DO P R O T Ó T I P O D E S E N V O L V I D O ... 104 4.6.1 A n á l i s e t e ó r i c a dos E rros do p r o t ó t i p o laboratorial ... 106 4 . 6 . 2 D e s c r i ç ã o do e n s a i o ... 106 4 . 6 . 3 ‘E x e c u ç ã o do ens a i o ... 111 4.6.4 D e t e r m i n a ç ã o dos e rros de m e d i c a o ... 111 4 . 6 . 5 A n á l i s e dos r e s u l t a d o s ... 113 4 . 6 . 6 S u g e s t õ e s de M e l h o r i a s ... 115 5. P R O J E T O A U X I L I A D O POR C O M P U T A D O R DE D I S P O S I T I V O S M O D U L A R E S DE M E D I C S O ... 116 5 . jy^ÇONFIGURACSO DA B I B L I O T E C A DE E L E M E N T O S ... 117 5 . 2 "ÈLABORACSO DE P R O J E T O S DE D I S P O S I T V O S ... 120 5.3 C O M P A R A C S O C O M O U T R O S P R O G R A M A S DE CA D P R A P R O J E T O * ^ DE D I S P O S I T I V O S ... . . l... 122 f-. ,5.4 I N F O R M A C o E S COMF^LEMENTARES... .... 123 ✓ j , '' 6. C O N S I D E R A Ç Õ E S '^ECONÔMICAS; P A R A A P L I C A C S O DE C O N J U N T O S ' ' 'í. M O D U L A R E S DE D I S P O S I V O S D E / M E D I C S O . . í... 126 6.1 C O M P A R A C a O DE^ CUSTOS. . ... ... ... 127

7. C O N C L U S Õ E S ... 134

Co m as e x i g ê n c i a s c r e s c e n t e s , de e l e v a ç ã o da q u a l i d a d e dos p r o d u t o s e r a c i o n a 1 ização d os m e i o s de produção, os d i s p o s i t i v o s de m e d i ç ã o g a n h a r a m i m p o r t â n c i a

s i g n i f i c a t i v a no c o n t r o l e d i m e n s i o n a l e g e o m é t r i c o de p e ç a s j u n t o aos p r o c e s s o s de -fabricação.

N e s t e trabalho, a pa r t i r da f unção global "Medir", s ã o a n a l i s a d a s e d e s c r i t a s as s u b f u n ç õ e s e e l e m e n t o s f u n c i o n a i s dos d i s p o s i t i v o s de medição, e s t a b e l e c e n d o - s e a seguir uma s i s t e m á t i c a geral p a r a seu d ese nvo lvi men to.

C o m o o b j e t i v o de a t e n d e r a d i f e r e n t e s t a r e f a s de m e d i ç ã o n u m c u r t o e s p a ç o de tempo, foi estudado, c o n s t r u í d o e e x p e r i m e n t a d o o p r o t ó t i p o de um c o n j u n t o m o d u l a r p a r a c o m p o s i ç ã o de d i s p o s i t i v o s de medição.

No trabalho, a p a r t i r de um p r o g r a m a de C A D existente, foi d e s e n v o l v i d a u ma b i b l i o t e c a g r á f i c a c o r r e s p o n d e n t e aos e l e m e n t o s do c o n j u n t o m o d u l a r elaborado. A b i b l i o t e c a é c o n f i g u r a d a a t r a v é s de “menus" p ar a s e l e ç ã o d a s p e ç a s n e c e s s á r i a s na m o n t a g e m das vi s t a s d e s e j a d a s do d i s p o s i t i v o d e m e d i ç ã o no mic roc o m p u t a d o r . Finalme nte , é d e l i m i t a d o o c a m p o de a p l i c a ç ã o d os c o n j u n t o s m o d u l a r e s em c o m p a r a ç ã o com as o u t r a s t é c n i c a s a t u a l m e n t e adotadas, be m c o m o é a p r e s e n t a d a u m a s e q u e n c i a de c á l c u l o p a r a a v a l i a ç ã o da v i a b i l i d a d e e c o n ô m i c a de a d o ç ã o de d i s p o s i t i v o s m o d u l a r e s em r e l a ç ã o aos d i s p o s i t i v o s e s p e c i a i s d e medição. R E S U n O

II

ABSTRACT

W i t h t he in cre a s i n g exigence, the e l e v a t i o n o-f th e p r o d u c t ' s q u a l i t y and r a t i o n a l i z a t i o n of the p roduction, the g a u g i n g ■fixtures g a i n e d a si gn i f i cat i ve i m p o r t a n c e in the g e o m e t r i c a l co ntr ol o-F w o r k p i e c e s in the f a b r i c a t i o n processes.

In thi s work, the ge neral -function "Measure", the sub-f une t i ons and f un ctio nal e l e m e n t s oi g a u g i n g fixtures, are a n a l i s e d and de scribed, to be e s t a b l i s h a general s y s t e m a t i c -for d e v e l o p m e n t

of this.

W ith the o b j e c t i v e o-f a t t e n d i n g d i f f e r e n t m e a s u r i n g t a s k s in a very s h ort time, has been studied, c o n s t r u c t e d and e x p e r i m e n t e d on e p r o t o t y p e o-f a M o d u l a r Gau g i n g System.

F r o m an e x i s t e n t so-ftware of CAD, has been d e v e l o p e d a g r a p h i c library, c o r r e s p o n d i n g to the e l e m e n t s o-f t he e l a b o r a t e d m o d u l a r system. The library is con-figured t hrough "menus", to se l e c t the n e c e s s a r y m o u n t i n g p i e c e s -for the g aug i n g -fixture.

Finally, the a p p l i c a t i o n field of the M o d u l a r B a u g i n g S y s t e m is d e l i m i t e d in c o m p a r i s o n with the other t e c h n i q u e s a c t u a l l y u s e d , a l s o a c a l c u l a t i o n m e t h o d is p r e s e n t e d to e v a l u a t e the e c o n o m i c v i a b i l i t y of u sing th e m odular f i x t u r e s in r e l a t i o n with the

GLOSSÁRIO

DAS SIGLAS E ACROGRAMAS ADOTADAS NO TEXTO

S I G L A I N GLeS C A D C o m p u t e r A ide d D esign CA M C o m p u t e r A i d e d Manu-facturing C A Q C o m p u t e r A i d e d Qua llt y C I M C o m p u t e r Integr ate d M a n u f a c t u r ing CM M C o o r d i n a t e Me a s u r i n g Mach ine CN C C o m p u t e r i z e d N umerical Control TD D i s p l a c e m e n t T r ans duc er F M S F l e x i b l e Manu-factur ing Sy s t e m CG G e o m e t r i c a l C ontrol Dm G a u g i n g F i x t u r e C M D M o d u l a r F i n t u r e Sy s t e m MT M a c h i n e Tool PC Personal C o m p ute r S P C S t a t i s t i c a l P r o c e s s Control P O R T U G U ê S p r o j e t o a u K i l i a d o por c o m p u t a d o r m a n u f a t u r a a u x i l i a d a por c o m p u t a d o r q u a l i d a d e a u x i l i a d a manu-fagura integrada por c o m p u t a d o r m á q u i n a de medir por c o o r d e n a d a s c o m a n d o n u m é r i c o c o m p u t r a d o r i zado t r a n s d u t o r de d e s l o ­ c a m e n t o s i s t e m a flexível de m a n u f a t u r a c o n t r o l e g e o m é t r i c o d i s p o s i t i v o de m e — d icão c o n j u n t o m o d u l a r de d i s p o s i t ivos m á q u i n a - f e r r a m e n t a c o m p u t a d o r pessoal c o n t r o l e e s t a t í s t i ­ c o do p r o c e s s o

As e x i g ê n c i a s c r e s c e n t e s de p r o d u t i v i d a d e e e l e v a ç a o da q u a l i d a d e d o s p r o d u t o s t e m por c o n s e q ü ê n c i a um a u m e n t o s i g n i f i c a t i v o da s a t i v i d a d e s de c o n t r o l e g e o m é t r i c o (CG) de p e c a s j u n t o aos p r o c e s s o s de -fabricação.

A m e t r o l o g i a industrial, tem portanto, a ta ref a de forne cer os m e i o s de m e d i ç ã o a d e q u a d o s ao c o n t r o l e de p e ç a s com um d i v e r s i f i c a d o e s p e c t r o de geomet ria s, de s i m p l e s à e x t r e m a m e n t e co mplexas.

No entanto, d e p e n d e n d o das e x i g ê n c i a s de precisão, do t i p o e q u a n t i d a d e de p e ç a s e p a r â m e t r o s g e o m é t r i c o s a s e r e m c o n t r o l a d o s em c ada p eç a a medir, os m eio s de c o n t r o l e c o n v e n c i o n a i s ( p a q u í m e t r o , m i c r ô m e t r o , e t c .), p o d e m r e s ult ar em d e s p e s a s co n s i d e r á v e i s , i n v i a b i l i z a n d o a s s i m sua aplicação.

N e s t e âmbito, c o n s o l i d a - s e c ad a vez mais, o r e c o n h e c i m e n t o d e q u e a r a c i o n a l i z a ç ã o , bem como a c o n f i a b i 1 idade e s i m p l i c i d a d e do p r o c e s s o de inspeção, d e p e n d e m em g r a n d e p a r t e da a t i v i d a d e o b j e t i v a e m e t ó d i c a de p r o j e t o de d i s p o s i t i v o s de m e d i ç ã o <Dm) i n t e g r á v e i s aos p r o c e s s o s produtivos. A s s i m sendo, e st e t r a b a l h o a p r e s e n t a r á uma s i s t e m á t i c a p a ra d e s e n v o l v i m e n t o de Dm, a l é m da concepção, c o n s t r u ç ã o e e x p e r i m e n t a ç ã o de um c o n j u n t o modular de d i s p o s i t i v o s (CMD), o b j e t i v a n d o p r e e n c h e r os r e q u i s i t o s b á s i c o s n e c e s s á r i o s à p r e p a r a ç ã o d e s t e s em um c u r t o e s p a ç o de tempo, s u p r i n d o as n e c e s s i d a d e s l a b o r a t o r i a i s e ind ust ria is de C 6 .

1 I N T R O D U C a O

1.1 C O N C E I T O E F I N A L I D A D E DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I C S O

r

Os Dm t e m por f i n a l i d a d e fornecer à indústria, os m e i o s de c o n t r o l e neces sár ios , qu and o as m e s m a s ou s e m e l h a n t e s t a r e f a s de CG s ã o f r e q ü e n t e m e n t e realizadas.

Assim, e s t e s d i s p o s i t i v o s s ã o p r o j e t a d o s p a r a p o s s i b i l i t a r a i n c o r p o r a ç ã o d o s c o n h e c i d o s m é t o d o s e i n s t r u m e n t o s de m e d i ç ã o existe nte s, b e m c o m o sua i n t e g r a ç ã o j u n t o a o s p r o c e s s o s de ^abr i c a c ã o .

Os Dm c o n s i d e r a d o s n esta ab ordagem, s ã o c o n s t i t u í d o s de um s i s t e m a de medição, r e p r e s e n t a d o por t r a n s d u t o r e s d e d e s l o c a m e n t o <TD) e a r e s p e c t i v a u n i d a d e de t r a t a m e n t o de s i n a i s (UTS) e indicação, e d o d i s p o s i t i v o c o m c o m p o n e n t e s m e c â n i c o s pa r a o p o s i c i o n a m e n t o e fi xaç ão da p eç a a medir e dos TD <-fig. 1.1).

r

Os o b j e t i v o s -fundamentais da a d o ç ã o de Dm na indústria, c o n s i s t e m e m ;

- e s t a b i l i d a d e e rapidez de p o s i c i o n a m e n t o da p eç a a medir;

- ba iKo s c u s t o s de CG p e l a s imp 1 i-f i c a ç ã o do p r o c e s s o de mediçãoi

- alta con-f i ab i 1 idade do c o n t r o l e g eométrico, co m a e l i m i n a ç ã o d e e r r o s d e v i d o à falhas humanas;

- -flexibilidade pa r a e x e c u ç ã o de tare-fas c o m p l e x a s de m e d i ç ã o m u l t i d i m e n s i o n a l , com r e d u z i d o e s f o r ç o mental e fís ico do o p e r a d o r ; - curto e s p a ç o de t e m p o p a ra o p r o c e s s o de medição; - v i a b i l i d a d e na a u t o m a t i z a ç ã o da operação, do p r o c e s s o de m e d i ç ã o e d o c o n t r o l e e s t a t í s t i c o do p r o c e s s o (SPC) na indústria.

l.e

TIPOS DE D I S P O S I T I V O S DE M E D I C S O

A c o n f i g u r a ç ã o de Dm p o de ser d i f e r e n c i a d a e m fun ção dos r e q u i s i t o s e c o n d i ç õ e s de m e d i ç ã o d e s e j a d a s p ar a c ada p e ç a à medir. N e s t e sentido, p r o p õ e - s e a s e g u i n t e s u b d i v i s ã o d o s D m ; ( f i g . i .8) D I S P O S I T I V O S ■D E M E D I Ç Ã O D I S P O S I T I V O S E S P E C I A I S - C o n f i g u r a ç ã o r í g i d a - M e d i ç ã o de m e s m o s p a r a - m e t r o s de p eç as comí^mes ^ma geometria. D I S P O S I T I V O S P A D R O N I Z A D O S ■ M e d i ç ã o d o s m e s m o s p a - r a m e t r o s de p e ç a s de m e s m a g e o m e t r i a nras de d i f e r e n t e s dime nsões . ■ P o s s i b i l i t a m a j u s t a r a p o ã ç a o d o s tr a nsdutores D I S P O S I T I V O S U N I V E R S A I S F l e x i b i l i d a d e d e m o n t a ­ gem. C o n t r o l e de d i f e r e n t e s p a r a m e t r o s e d i f e r e n t e s g é o m e t r i a s de peças . .Fig. l.S - S u b d i v i s ã o de d i s p o s i t i v o s de m e d i ç ã o

E s t e s Dm c a r a c t e r i z a m —s e , por a p r e s e n t a r u m a con-f i g u r a ç ã o rígida, isto é, p e r m i t e m s o m e n t e a m e d i ç ã o dos m e s m o s p a r â m e t r o s de p e ç a s c o m a m esma ge ometria. G e r a l m e n t e a d o t a m - se e s t e s d i s p o s i t i v o s p a r a g r a n d e s s é r i e s de peças. a) Dispositivos especiais b> D i s p o s i t i v o s p a d r o n i z a d o s

Os Dm p a d r o niz ado s, tem a p a r t i c u 1a r i d a d e de p e r m i t i r a m e d i ç ã o de p e ç a s i d ê nti cas na geometria, mas de d i f e r e n t e s dimensões. E s t e s d i s p o s i t i v o s p o s s i b i l i t a m portanto, a a d a p t a ç ã o de s e u s e l e m e n t o s e da d i s p o s i ç ã o dos TD, par a e n g l o b a r a -faixa de v a r i a ç ã o das d i m e n s õ e s d a s peças, sem no entanto, alte rar os p a r â m e t r o s de m e d i ç ã o desejados. E s t e s d i s p o s i t i v o s são e m p r e g a d o s p ara d e t e r m i n a d o c a m p o de aplicação, e n v o l v e n d o um g r a n d e n ú m e r o de t a r e f a s t í p i c a s de medição.

c) D i s p o s i t i v o s u n i v e r s a i s

E s t e s c a r a c t e r i z a m - s e , pel a f l e x i b i l i d a d e de montagem, para c o n t r o l e de d i f e r e n t e s parâme tro s, de d i f e r e n t e s g e o m e t r i a s de peças. N e ste tipo, e n q u a d r a m - s e os c o n j u n t o s m o d u l a r e s (MFS), c o n s i s t i n d o de c o m p o n e n t e s p a d r o n i z a d o s e i n t e r c a m b i á v e i s , que m e d i a n t e combinação, p o s s i b i l i t a m a c o n s t r u ç ã o de d i f e r e n t e s c o n f i g u r a ç õ e s de di spo sit ivo s, par a r e s o l u ç ã o de d i v e r s a s t a r e f a s de m e d i ç ã o na m e t r o l o g i a d imensional.

1.3 E S T A D O DA ARTE

»■-y. í

M e d i a n t e ^ ^ m a r e v i s ã o b i b l i ogr áfi ca, c o n s t a t o u - s e a e x i s t ê n c i a de v a s t a liter atu ra ^focalizando o p r o j e t o e as , a p l i c a ç õ e s de d i s p o s i t i v o s de f ixa ç ã o par a p r o c e s s o s de f a b r i c a ç ã o Cl a 4D, s e r v i n d o com o referência, p ar a e s t r u t u r a ç ã o do p r o j e t o m e c â n i c o

d o s Dm t r a t a d o s n e s t e trabalho. E x i s t e m a l g u n s a r t i g o s que d e s c r e v e m e a p l i c a ç ã o de Dm especí-ficos à d e t e r m i n a d a tare-fa de m e d i ç ã o C5 a 83. E s t e s d i s p o s i t i v o s são na m a i o r i a p r o j e t a d o s p a r a a t u a r e m j u n t o à linha de f a b r i c a ç ã o d a s peças, c o m a q u i s i ç ã o e p r o c e s s a m e n t o d o s d a d o s atr avé s de c o m p u t a d o r e s que m o n i t o r a m a me dição, r e a 1i m e n t a n d o o p r o c e s s o de p r o d u ç ã o e r e a l i z a n d o o c o n t r o l e e s t a t í s t i c o do p r o c e s s o (SPC).

A l i t e r a t u r a a p r e s e n t a a gr and e di-fusão e a p l i c a ç ã o atual de c o n j u n t o s m o d u l a r e s d e d i s p o s i t i v o s (CMD> p a r a fi xaç ão de p e ç a s em m á q u i n a s - f e r r a m e n t a (MT) ou em m á q u i n a s de medir por c o o r d e n a d a s (CMM), a t r a v é s de v ários f a b r i c a n t e s e p u b l i c a ç õ e s C9 a 253, que d e s c r e v e m a s i s t e m á t i c a de projeto, os c o m p o nen tes , as c a r a c t e r í s t i c a s e v a n t a g e n s nos d i v e r s o s c a m p o s de a p l i c a ç ã o

( f i g .1.3).

Fig. 1.3 - Exemplos, de c o n jun tos m o d u l a r e s de d i s p o s i t i v o s

' A

Os CMD já e x i s t e m no m e r c a d o i n t e r n a c i o n a 1 há m ais de 20 anos, t26 a 3é>3 , s e n d o q u e a m a i o r i a a t e n d e s o m e n t e ao c o n t r o l e d e p e ç a s c i l í n d r i c a s (fig.1.4). G U I A " C A U D A D E A N D O R I N H A " A R C O S D E M E D I Ç Ã O Fig.i.4 - E x e m p l o de c o n j u n t o modular de d i s p o s i t i v o s de m e d i ç ã o CH9] As c onc e p ç õ e s de p r o j e t o dos CMD de m e d i ç ã o m a i s r e c e n t e s lançados no mercada, são b a s e a d a s em um b l o c o d e m e d i ç ã o p a d r o n i z a d o (-fig.i.5), que p o s s i b i l i t a a -fixação dos t r a n s d u t o r e s de d e s l o c a m e n t o e a r e t r a ç ã o p n e u m á t i c a do s a p a l p a d o r e s c o m a co ne x ã o para e n t r a d a de ar comprimido.

G U I A DE R O L A M E N T O S U P O R T E D O A P A L P A D O R P l S T A O P A R A R E T R A Ç Ã O D O A P A L P A D O R B U C H A DE F I X A Ç Ã O D O T R A N S D U T O R P A R A F U S O P A R A A J U S T E D A P O S I Ç Ã O D O A P A L P A D O R C O N E X Ã O P A R A ' E N T R A D A D A C A N A L I Z A Ç Ã O P N E U M Á T I C A Fig. 1.5 - B l o c o de m e d i ç ã o p a d r o n i z a d o C313.

Existem, a t ual men te, v á r i a s pub lic a ç õ e s que d e s c r e v e m o e m p r e g o de p r o g r a m a s de C A D C37 a 473, no pr oj e t o de C M D p a r a -fabr i c a ç a o . Da mesma -forma, os -fabricantes de CMD de m e d i ç ã o tem e n v i d a d o g r a n d e s es-forços no d e s e n v o l v i m e n t o e a p l i c a ç ã o de p r o g r a m a s de CAD com o o b j e t i v o de r aci o n a l i z a r o p r o j e t o da c o n f i g u r a ç a o de d i s p o s i t i v o s e sua imp l e m e n t a ç a o (-fig.1.6).

!-ig. 1.6 - P r o j e t o de d i s p o s i t i v o de m e d i ç ã o a u x i l i a d o por c o m p u t a d o r CS9]

C o m a r e v i s ã o b i b l i o g r á f i c a , i dent i-F i c o u - s e um f a b r i c a n t e que a p r e s e n t a uma i n o v a ç a o na c o n c e p ç ã o do C M D co m g r a n d e m o d u l a r i d a d e e s o f i s t i c a ç ã o , ond e a a p l i c a ç ã o e st á d i r e c i o n a d a para a m e d i ç ã o de p e ç a s p r i s m á t i c a s e a s s i m é t r i c a s de g e o m e t r i a c o m p l e x a (fig. 1.7). 8 P E Ç A A M E D I R T R A N S D U T O R E S D E D E S L O C A M E N T O

Fig. 1.7 - C o n j u n t o modu^lar p ara m e d i ç ã o de p e ç a s de di*ferentes pe r f i s g e o m é t r i c o s C48 e 49],

Co m a aná lis e da l i t e r a t u r a c o n c l u i u - s e que inexiste, até e n t ã o no mercado, um C M D q u e at e n d a basicamente, c om o m e s m o n ú m e r o de peças, a c o n s t r u ç ã o de d i s p o s i t i v o s para m e d i ç ã o de p e ç a s cilíndricas, c omo também, peças p r i s m á t i c a s e d e g e o m e t r i a s

1.4 M O T I V A D O R E S P A R A O D E S E N V O L V I M E N T O T E C N O L Ó G I C O NA aR E A

A t é o p r e s e n t e momento, tem sido l a r g a m e n t e di-fundida a s i s t e m á t i c a geral de d e s e n v o l v i m e n t o de p r o j e t o de p r o d u t o s

i n d u s t r i a i s C50 a 5 2 D . No entanto, na á rea de p r o j e t o de d i s p o s i t i v o s de medição, e s t a s i s t e m á t i c a de projeto, d e v e estar c ompat ibi 1 i zada com a s i s t e m á t i c a de s o l u ç ã o de uma tare-fa de medição. A s s i m em -Função da i n e x i s t ê n c i a de l i t e r a t u r a d e d i c a d a a es t a área, t o r n a - s e r el eva nte , no c o n t e x t o atual, a -formulação de uma s e q ü ê n c i a racional de d e s e n v o l v i m e n t o de D m .

A c r e s c e n t e n e c e s s i d a d e de Dm, q u a n d o se requer p r i n c i p a l m e n t e , a a u t o m a t i z a ç ã o do S P C , ma s t a m b é m com r e q u i s i t o s de f l e x i b i l i d a d e e rac ional i z ação na con-f i gur a ç ã o , t em d i r e c i o n a d o na atualid ade , ao e m p r e g o de d isf>o si t i vos a utomat i záv eis , m o d u l a r e s e

in t e g r á v e i s aos p r o c e s s o s de -fabricação C53D .

Destarte, o atual trabalho, além de d i s c o r r e r s o b r e a s p e c t o s c o n s t r u t i v o s de Dm, c o n t r i b u i r á no d e s e n v o l v i m e n t o de um C M C de medição, não se r e s t r i n g i n d o e x c l u s i v ame nte , ao a m b i e n t e c i e n t í f i c o e acadêmico, r e s u l t a n d o por isso na a p r e s e n t a ç ã o de um p r o d u t o q ue p o d e r á ter b o a a c e i t a ç ã o no m e r c a d o nacional, a i n d a em carência.

O mo d e l o do c o n j u n t o m o d u l a r d e s e n v o l v i d o p e r m i t i r á a c o n s t r u ç ã o de Dm, t an to p a r a c o n t r o l e de p e ç a s c ilí n d r i c a s , co m o t a m b é m p a ra p eç as p r i s m á t i c a s e de g e o m e t r i a s comple xas , d i f e r e n c i a n d o - se dos m o d e l o s e s t r a n g e i r o s e x i s t e n t e s qu e se limitam, na q u a s e -total i d a d e , a p e ç a s c ilíndricas. 7 1.5 O B J E T I V O S DO T R A B A L H O M e d i a n t e a e x p e r i ê n c i a a d q u i r i d a no CERTI e na T E C H N I S C H E H O C H S C H U L E ILMENAU - Alemanha, n o d e s e n v o l v i m e n t o de Dm p a r a a indústria, o t r a b a l h o t e m com o o b j e t i v o o e s t a b e l e c i m e n t o de u m a sièternát i ca de d e s e n v o l v i m e n t o de Dm, e aplica-.la em u m p r o b l e m a

real e n c o n t r a d o na indústria. A s i s t e m á t i c a e l a b o r a d a f o r n e c e s u b s í d i o s para o p r o j e t o de um CMD de medição, que por sua vez, é a d e q u a d o a a p l i c a ç ã o de CAD a t r a v é s de u ma b i b l i o t e c a grá-fica de elementos, v i s a n d o r a c i o n a l i z a r de m a n e i r a geral o d e s e n v o l v i m e n t o de D m .

A s s i m o t r a b a l h o e n v o l v e as s e g u i n t e s atividades;

a. d e s c r i ç ã o da s -funções básicas, das c a r a c t e r í st icas c o n s t r u t i v a s e e l e m e n t o s -funcionais c o m p o n e n t e s c o m u m e n t e e m p r e g a d o s em Dm; b. es t a b e l e c e r uma s i s t e m á t i c a de d e s e n v o l v i m e n t o de Dm; c. p r o j e t o de um c o n j u n t o m o d u l a r p ar a c o n f i g u r a ç ã o de D m ; d. construção, e x p e r i m e n t a ç ã o e a v a l i a ç ã o do d e s e m p e n h o do c o n j u n t o m o d u l a r projet ado ; e. e l a b o r a ç ã o de u ma b i b l i o t e c a g r á f i c a de e l e m e n t o s m o d u l a r e s vis and o a r a c i o n a 1 ização na c o n s t r u ç ã o de Dm, a par t i r d e um p r o g r a m a de C A D exist ent e;

f. A nalisar a a p l i c a ç ã o e c o n ô m i c a do c o n j u n t o mo du l a r em r e l a ç ã o aos d i s p o s i t i v o s especiais.

B FUNDAMENTOS DE PROJETO DE DISPOSITIVOS DE MEDICSO

Q p r o j e t o de u m Dm é b a s e a d o em d u a s e x i g ê n c i a s fundame nta is; primeiro, r e q u e r - s e q ue as m e d i ç õ e s d os p a r â m e t r o s a s e r e m c o n t r o la dos , s e j a m o b t i d a s de m a n e i r a o bjetiva, e em s e g u n d o plano, que c a d a m e d i d a t e nha r e p e t i b i 1 idade p a ra g a r a n t i r a c o n f i a b i l i d a d e m e t r o l ó g i c a n e c e s sár ia.

A c o n c e p ç ã o de p r o j e t o de um Dm d e p e n d e de uma s é r i e de fato res de influência, q u e d e v e m ser o b s e r v a d a s p a r a o m elh or a t e n d i m e n t o às n e c e s s i d a d e s da indústria em sua aplicação.

A l g u n s f a t o r e s que d e v e m ser o b s e r v a d o s p a ra o p r o j e t o de Dm, s ã o :

- tipo de t a r e f a de med i ç a o ,,(ex . m e d i ç ã o de d i â m e t r o s i nternos ou externos, afastamento, d i s t â n c i a e n t r e furos, etc.);

- d i m e n s ã o nominal do p a r â m e t r o de medição; - t o l e r â n c i a do p a r â m e t r o de medição;

- método de m e d i ç ã o (medição a bsoluta, d i f e r enc ial , etc.); - f req üên cia de m e d i ç ã o n ec ess ári a;

- in st r u m e n t o s de m e d i ç ã o d isp oní vei s.

li

Os Dm, par a s a t i s f a z e r e m as s o l u ç õ e s t é c n i c a s com c o n f i a b i l i d a d e e viabilidade, d e v e m aten der a a l g u n s r e q u i s i t o s de pro jet o n o a l c a n c e dos r e s u l t a d o s desejados.

e.l R E Q U I S I T O S G E R A I S

0 p r i m e i r o p a s s o no p r o j e t o de um p r o d u t o é a e l a b o r a ç ã o de uma lista de r e q u i s i t o s que o m e s m o d e v e sa tisfazer.

Assim, os r e q u i s i t o s ger ais p ara o p r o j e t o de Dm e s t ã o a p r e s e n t a d o s na fig. S.l.

lE R E Q U I S I T O S J U S T I F I C A T I V A S A T E N D I M E N T O A O P R I N C Í P I O D E A B B E . " . R E D U Ç Ã O D O S E R R O S D E M E D I Ç Ã O . I N C E R T E Z A D E M E D I Ç Ã O D E V E E S T A R E N ­ T R E 1 0 A 2 0 % D O C A M P O D E T O L E R  N C I A D O P A R  M E T R O  M E D I R . . R E G R A G E R A L P A R A C O N T R O L E N A M E T R O ­ L O G I A . . U T I L I Z A Ç Ã O D E T R A N S D U T O R E S D E D E S L O C A M E N T O C O M E S E M C O N T A T O . . M E D I Ç Ã O D E P E Ç A S D E D I F E R E N T E S D U R E Z A S E M A T E R I A I S . . N O S T R A N S D U T O R E S C O M C O N T A T O A F O R Ç A D E M E D I Ç Ã O D E V E S E R P E Q U E N A E C O N S - Ta N T T T . P A R A N à O C A U S A R R E T R O A Ç Ã O N A L E I T U R A . I N T E R C A M B I A L I D A D E D O S A P A L P A D O R E S . . V I A B I L I Z A R A. M E D I Ç Ã O D E D I F E R E N T E S P E R F I S D E P E Ç A S . . R E S I S T Ê N C I A A O D E S G A S T E D O S A P A L P A - n O R E S . .... . C O N F I A B I L I D A D E E P R E C I S à O . . E V I T A R S U P E R D E T E R M I N A Ç Ã O N O P O S I C I ­ O N A M E N T O D A S P E Ç A S . . G A R A N T I A D E R E P E T I B I L I D A D E N O P O S I C I O N A M E N T O D A S P ^ Ç A g P A R A E V I T A R E R R O S D E M E D I Ç Ã O . . S I M P L I C I D A D E D E M A N I P U L A Ç Ã O E O P E R A n à n N A M E D I Ç Ã O . . R A P I D E Z D O P R O C E S S O D E M E D I Ç Ã O . . S I M P L I C I D A D E E C O N F I A B I L I D A D E D E Z E R A G E M D O S M E D I D O R E S C O M 0 P A D R à O . . R A P I D E Z D E A F E R I Ç Ã O . . S U J E I Ç Ã O P R Á T I C A E E F I C I E N T E C O M F O R Ç A A D E Q U A D A . . G A R A N T I A D E P O S I Ç Ã O C O M C O N F I A B I L I ­ D A D E D U R A N T E P R O C E S S O D E M E D I Ç Ã O . . C O N S T R U Ç Ã O E S T Á V E L E R Í G I D A . . E S T A B I L I D A D E E S T Á T I C A E D I N  M I C A D U ­ R A N T E A M E D I Ç Ã O . . U T I L I Z A Ç Ã O D E T R A N S D U T O R E S M I N I A T U - R T Z A D O S ( 0 8 H 6 M M ) . C O N S T R U Ç Ã O C O M P A C T A . CO in o o o E-< M o O W ' O 0< J to O _{< cc} E-i W s Fig. S.l - R e q u i s i t o s g era is de p r o j e t o de d i s p o s i t i v o s de mediçrâo C533 2 . E E S T R U T U R A F U N C I O N A L DO DI S P O S I T I V O DE M E D I C S O

A -função global de um Dm, "medir a peça", p o d e ser d e t a l h a d a a t r a v é s do e s q u e m a da -fig. E. S.

13 O P E R A Ç O E S . C o l o c a ç a o da p e ç a P o s i c i o n a m e n t o e f i x a ç a o d a p e ç a E T A P A S --- - P r e p a r a ç a o do p r o c e s s o de m e d i ç ã o R E S U L T A D O S P e ç a a m e d i r n a p o s i ç ã o de m e d i ç ã o R e t r a ç a o dos a p a l p a d o r e s Deslocament.o psira a p r o x i m a ç a o d a p e ç a aos a p a l p a d o r e s C o n t a t o do s a p a l p a ­ d o r e s co/n a p e ç a R e t r a ç a o dos a p a l p a d o r e s D e s l o c a m e n t o p a r a a f a s t a m e n t o d a p e ­ ç a dos a p a l p a d o r e s M E D I Ç Ã O M o v i m e n t o de m e d i ç ã o dos t r a n s d u t o r e s n a s s u p e r f i c i e s de m e d i ç à o A q u i s i ç ã o dos v a l o r e s de m e d i ç ã o R e p e t i ç ã o do c i c l o de m e d i ç ã o M e d i ç ã o dos p a r a m e t r o s (L e i t u r a s ) P e ç a m e d i d a e c l a s s i f i c a d a F i g . S . E - P r i n c í p i o operacional do d i s p o s i t i v o de m e d i ç ã o

0 princ-ípio o p e r a c i o n a l esquemat i z a d o , c o n s i d e r a que o - d i;spds"i t ivo e s t á a j u s t a d o e p r e p a r a d o p a r a p o s i c iona men to dos .iíríansdutores e da p eca m e d i r . A p a r t i r do p r i n c í p i o ^' operacional, p o d e - s e entao, r e pre sen tar as r e l a c o e s e n t r e as

sub-funçSes e s u a s ligações, at ravés de s u a e s t r u t u r a -funcional (■fia. 2.3).

14 D I S P O S I T I V O DE POSICIONAI/IEN- T O D A P E Ç A A M E D I R A j u s t a g e m na s u p e r f i c i e ^ ^ de p o s i c i o ­ n a m e n t o ao local de m e d i ç ã o i i I I D I S P O S I T I V O D E P O S I C I O N A M E N T O D O S T R A N S D U T O R E S

A m = sinal de medi ção GM = G r a n d e z a a Medir F m = F o r ç a de med içã o

A m = D e s l o c a m e n t o de m e d i ç ã o do t r a n s d u t o r A s = A x , A Y > A z = d e s l o c a m e n t o / p o s i ç ã o

Fig. 8 .3 - E s t r u t u r a -funcional do d i s p o s i t i v o d e m e d i ç ã o

O c i clo de m e d i ç ã o inicia-se, com a c o l o c a ç ã o da p e ç a no d i s p o s i t i v o de po si c i o n a m e n t o , onde a m e s m a é e n t ã o -fixada p a ra g a r a n t i a da p o s i ç ã o no p r o c e s s o de medição. A t r a v é s de um a c i o n a m e n t o (manual ou au tomatizado), a peça é m o v i d a m e d i a n t e g u ias em d i r e ç ã o aos t r a n s d u t o r e s ou vice-versa.

Os t r a n s d u t o r e s são d i s p o s t o s m e d i a n t e s e u s r e s p e c t i v o s e l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o e -fixação, e n t r a n d o em c o n t a t o c o m as s u p e r f í c i e s de m e d i ç ã o da p eça at ra v é s dos a pal pad ore s.

d i s p o s i t i v o s de p o s i c i o n a m e n t o da p e ç a e dos •^transdutores, e s t a o a p o i a d o s em

A m b o s o s

e l e m e n t o s d e suporte. Os ítparâmetros da p e ç a são m e d i d o s pelo s ist e m a de medição, que

15

S . 3 S U B F U N C S E S DG D I S P O S I T I V O DE M E D I C S O

Os d i s p o s i t i v o s d e v e m a t e n d e r a d e t e r m i n a d a s sub-funções r e l a t i v a s aos s e u s r e q u i s i t o s m e t r o l ó g i c o s e o p e r a c i o n a i s es t a b e l e c i d o s . P a ra ca d a sub-funçao, e x i s t e uma s é r i e de e l e m e n t o s

■funcionais qu e di-ferem b a s t a n t e em t i p o e forma.

Os e l e m e n t o s -funcionais são e l e m e n t o s u n i t á r i o s ou g r u p o s de element os, que c o n c r e t i z a m u m a d e t e r m i n a d a s u b f u n ç a o d e n t r o da

-função global do d isp osi tiv o.

As sub-funcões n e m s e m p r e sã o d e t e r m i n a d a s r igi dam ent e, p o d e n d o ser i ntegradas c o n f o r m e c a d a caso.

P a r a r a c i o n a l i z a ç ã o do p r o c e s s o de projeto, é c o n v e n i e n t e c o n h e c e r as s u b f u n c õ e s b e m co m o os e l e m e n t o s funcionais, e d e s t a f orma o r g a n i z a r o p r o c e s s o de p r o j e t o em e t a p a s in div i d u a i s c o r r e s p o n d e n t e s C13D (fig. 2.4). Fig. S . 4 - D i s p o s i t i v o funcionais. de m e d i c â o e s e u s e l e m e n t o s

16

A seguir ser ão d e t a l h a d a s as sub-funçrões ccDmumente e m p r e g a d a s em Dm .

S . 3.1 Medir

Es t a sub-funçao em r a z ã o de ser r efe ren cia l p a r a as d e m a i s sub-funções, de v e r á ser a p r i m e i r a a ser e s t u d a d a na c o n c e p ç ã o de p r o j e t o do D m . Ela é res pon s á v e l p e l a o b t e n ç ã o d a s m e d i d a s nos p o n t o s d e s e j á v e i s c o r r e s p o n d e n t e s aos d i v e r s o s p a r â m e t r o s de m e d i ç ã o das peças, permit ind o, m e d i a n t e a c o m p a r a ç ã o c o m as t o l e r â n c i a s de projeto, ap ro v a r ou não a p eç a a medir.

No p r o j e t o de Dm, a p r i n c i p a i s r equ i s i t o s

lubfunção "Medir" tem os s e g u i n t e s

- po ss i b i l i t a r o CG de di-ferentes p a r â m e t r o s de m e d i ç ã o a t r a v é s de mé to d o s d i v e r s o s e par a d i f e r e n t e s g e o m e t r i a s de p e ç a s (fiS. E , 5 ) i ig . E . 5 - P r i n c i p a i s e x e m p l o s de geometrias, p a r â m e t r o s e m é t o d o s de m e d i ç ã o f r e q ü e n t e m e n t e u t i l i z a d o s em d i s p o s i t i v o s de medição.

- a t e n d i m e n t o do p r i n c í p i o de ABBE, f u n d a m e n t a l na m e t r o l o g i a di men s i o n a l p ar a m i n i m i z a ç ã o dos e r r o s de m e d i ç ã o (fig. E . 6);

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Fig. 2 , 6 - A t e n d i m e n t o d o p r i n c í p i o de AB B E - s i m p l i c i d a d e de a j u s t e do s t r a n s d u t o r e s ,•

- s e g u r a n ç a aos TD c o n t r a s o b r e d e s l o c a m e n t o s ou c h o q u e s d u r a n t e a operaçãoi

- i n t e r c a m b i a b i 1 iade dos t r a n s d u t o r e s e a p a l p ado res j - rigidez, p r e c i s ã o d i m e n s i o n a l e e s t a b ili dad e;

Os el e m e n t o s de m e d i ç ã o p o d e m ser s u b d i v i d i d o s em t r a n s d u t o r e s de d e s l o c a m e n t o e apalpadores,

a) T r a n s d u t o r e s de d e s l o c a m e n t o

Os TD p ode m atuar por di-ferentes p r i n c í p i o s de t ran sdu cão , c o m o por exemplo. mecânico, p neu mát ico , o p t o —e 1 e t r ô n i c o , e l e t r o — an a l ó g i c o e e 1e t r o d i g i t a 1 C54 a 563.

De ntr e estes, o mais di-fundido para c o n t r o l e d i m e n s i o n a l em d i s p o s i t i v o s é o t r a n s d u t o r indutivo de d e s l o c a m e n t o de p r i n c í p i o e l e t r o - a n a l ó g i c o , a presentando, em r e l a ç ã o a os o u t r o s transdutores, as s e g u i n t e s v a n t a g e n s C57 a 593;

- s i m p l i c i d a d e c ons tru tiv a;

- m e c a n i s m o c o m p a c t o q u e p e r m i t e sua i m p l e m e n t a ç ã o em d i f e r e n t e s c o n f i g u r a ç õ e s ;

- boas c a r a c t e r í s t i c a s me trológicas, c o m o linearidade, se nsibilidade, força de m e d i ç ã o pequena, etc.;

- alta,i^imunidade à f a t o r e s a m b i e n t a i s c o m g r a n d e r o b ust ez e alta' "conf iabi 1 i d a d e ;

.síííPXoi? 1 1 o ^ automat 1 z aça o .

- o f e r e c i d o n o m e r c a d o por m u i t o s fab ric ant es, a um p r e ç o acessível .

E m r az ão d e s t a s q u a l i dad es, e x i s t e uma gama m u i t o a m p l a de •fabricantes de t r a n s d u t o r e s e l e t r o - i n d u t i v os de d e s l o c a m e n t o , com d i v e r s a s formas c o n s t r u t i v a s que d i f e r e m p r i n c i p a l m e n t e no t i p o d e guia u t i l i z a d a p a ra c o n duz ir o n ú c l e o em r e l a ç ã o à bobina,

co mo pode ser o b s e r v a d o na figura 2.7.

18 G U I A D E M O L A S L A M I N A R E S P A R A L E L A S T R A N S D U T O R E L E T R O - I N D U T I V O Fig. E . 7 - T r a n s d u t o r e s e l e t r o - i n d u t i v o s de d e s l o c a m e n t o C533.

O m o d e l o de guia linear c o m g aio la de e s f e r a s é o m ai s d i f u n d i d o no m e r c a d o i n t e r n a c i o n a l , s endo t a m b é m o m a i s u t i l i z a d o em Dm para c o n t r o l e de m ú l t i p l a s dimensões.

„Atualmente, e m -função do c r e s c e n t e d e s e n v o l v i m e n t o de s i s t e m a s de m e d i ç ã o op t o - e l e t r ô n i c o s , e das suas v a n t a g e n s de: m e d i ç ã o sem ,<c:on ta to (força de m e d i ç ã o nula) e alta v e l o c i d a d e de m e d i ç ã o e n tr e outras, os m e s m a s tem sido a d o t a d o s em d i s p o s i t i v o s para CB nos p r o c e s s o s produtivos.

19

b) A p a l p a d o r e s

Co m o o b j e t i v o de m i n i m i z a r os e r r o s de medição, é n e c e s s á r i o e s t a b e l e c e r u m c o n t a t o -físico g e o m e t r i c a m e n t e b e m d e f i n i d a do a p al pad or c o m a peça a medir. E s t e c o n t a t o d e p e n d e da s e l e ç ã o c o r r e t a da -forma g e o m é t r i c a do a p a l p a d o r que, por sua vez, d e p e n d e da -forma da p eça a medir, e que p o d e r á r e s ul tar e m um c o n t a t o pontual, linear ou super-f ic ial . Be a peç a a medir é plana, por e x ., o a pa l p a d o r é g e r a l m e n t e esféri co; se a pe ç a é ci líndrica, u s a m - s e a p a l p a d o r e s p l a n o s ou c ilí n d r i c o s .

Os a p a l p a d o r e s são de r e l e v a n t e i m p o r t â n c i a p a r a a o b t e n ç ã o de m e d i ç õ e s de precisão. G e r a l m e n t e são a d o t a d a s e s f e r a s de aço cromo, s a f i r a ou de metal d uro c u j a s p r o p r i e d a d e s mecânicas, c o n f e r e m a l t a d u r e z a e r e s i s t ê n c i a ao desg ast e, que são d e s e j á v e i s d e v i d o aos m o v i m e n t o s e a t r i t o e n t r e as s u p e r f í c i e s de m e d i ç ã o d u r a n t e o p r o c e s s o de medição. A l g u n s e x e m p l o s de a p a l p a d o r e s i n t e r c a m b i á v e i s e d i s p o n í v e i s c o me r c i a l m e n t e , p o d e m ser o b s e r v a d o s na figura H.8.

1

w

i

CEED

ííll s-D

1

l i -/ -H 3 -pjg 2 . 8 ~ A p a l p a d o r e s i n t e r c a m b i á v e i s de t r a n s d u t o r e s de d e s l o c a m e n t o C 3 0 3 .

U m fator importante, a s s o c i a d o ao c o n t a t o m e c â n i c o e n tre os a p a l p a d o r e s e a peça a medir, é a -força de mediçião.

A -força de m e d i ç ã o é n e c e s s á r i a p a r a que o p o n t o de c o n t a t o p os sa pe n e t r a r p e l a s c a m a d a s de sujeira, de óleo, etc., q u e a d e r e m à super-ficie de c o n t a t o e v i t a n d o a s s i m e r r o s de medição. No c a s o de TD o p t o - e l e t r ô n i C O S , o n d e a força de m e d i ç ã o é nula, é n e c e s s á r i o um limpeza das p e ças p ar a a sujeira, óleo, etc. n ã o interferir nos r e s u l t a d o s da medição.

A força de m e d i ç ã o te m i nfl u ê n c i a nos r e s u l t a d o s de medição, uma vez que há d e f o r m a ç ã o da p e ç a a medir e do d i s p o s i t i v o de medição, e o c o r r e através:

— da d e f o r m a ç ã o dos s u p o r t e s dos t r a n s d u t o r e s e a p a l p a d o r e s j — da d e f o r m a ç ã o e l á s t i c a do mate ria l (lei de Hooke);

— de a c h a t a m e n t o s e n t r e o ap a l p a d o r e a p eça a medir, p r i n c i p a l m e n t e n as m e d i ç õ e s o nde as s u p e r f í c i e s de c o n t a t o são curvas;

Assim, é i m por tan te m a n t e r - s e a força de m e d i ç ã o em v a l o r e s p e q u e n o s (forças m e n o r e s que 3N c a u s a m d e f o r m a ç õ e s m e n o r e s que 0, 6 /-im p ara p e ç a s de aç o ), s u f i c i e n t e s ao c o n t a t o mecânico, e a p r o x i m a d a m e n t e constantes, para se poder levar e v e nt ual men te, em c o n s i d e r a ç ã o nas c o r r e ç õ e s dos e r r o s de medição. No entanto, a f orca de m e d i ç ã o e s e us efeitos, n ão c a u s a m ta n t a s e r r o s de medição, no m é t o d o de m e d i ç ã o diferencial, p ois os e f e i t o s são p r a t i c a m e n t e os m e s m o s no p a d r ã o e na p eça a medir.

As fo r m a s de c o n t a t o m ais f r e q ü e n t e s e as c o r r e s p o n d e n t e s eq u a ç õ e s de c á l c u l o d o s a c h a t a m e n t o s p o d e m ser o b s e r v a d a s na figura E . 9.

Em função dos d i f e r e n t e s p a r â m e t r o s e g e o m e t r i a s das p e ç a s a s é r e m medidas, su r g e m c a s o s de d ifícil a c e s s o dos t r a n s d u t o r e s às s u p e r f í c i e s de medição. Por isso, são a d o t a d o s d i f e r e n t e s t i p o s de a p a l p a d o r e s na f orm a de hastes, a d e q u a d o s à s o l u ç ã o das d i v e r s a s t a r e f a s de medição. Sua fu n ç ã o é t r a n s m i t i r as v a r i a ç õ e s ^d ime nsi ona is dos p a r â m e t r o s de m e d i ç ã o aos TD (fig. S . 10).

ei

FORMA DE CONTATO

E q u a ç õ e s p a r a c a l c u l o d o a c h a t a m e n t o A a F ( N ) L ( m m ) d (mm) ^!^a(AJm) y'/' /A/ // y / / / / / / í

O

A ; p l a n o - e s f e r a . e s f e r a e n t r e d o i s p l a n o s . p l a n o - c i l i n d r o . c i l i n d r o e n t r e d o i s p l a n o s . . e s f e r a - e s f e r a e s f e r a ■- c i l i n d r o c i l i n d r o e n t r e d u a s e s f e r a s =0,^í5~f~ A A L = c o m p r i m e n t o d a l i n h a d e c o n t a t o . - ^-Ac^ A a ^ = 0 , 4 1 5 ' A o - o , ; 4 Ô O ^ Vírf_^rf -í./XZE' V d D A = 2- A Fig. 2. 9 - F o r m a s de c o n t a t o e a c h a t a m e n t o dos a p a l p a d o r e s para p e ç a s de a ç o C 5 8 D . TRANSDU.TORES DE D E S L O C A M E N T O A P A L P A D O R E S ■ / / 4l •I 1 . APALPADORES Fig. E . 10 - E x e m p l o s de a p l i c a ç ã o de a p a l p a d o r e s em ^dispositivos de medição.

E s t e s a p a l p a d o r e s devem., p o s s u i r r i g i d e z s u f i c i e n t e c o n t r a fl exS es e t o r ç õ e s , c a u s a d a s p e l a íorcra de medição, e v i t a n d o a s s i m erros de m e d i ç ã o s i g n i f i c a t i v o s .

ee

S . E . 2 P o sic ion ar

Em todo p r o c e s s o de CB é i m p e r a t i v o a s seg ura r uma p o s i ç ã o d e f i n i d a e n t r e a p eç a a m e dir e os TD, s e n d o de p r i m o r d i a l

im por tân cia para a r e p e t i b i 1 idade das medidas.

A f unção p o s i c i o n a r dev e p r e e n c h e r os s e g u i n t e s requisitos;

- orientação, localização, c e n t r a g e m ou e n c a i x e da p e ç a à medir, com o fim de d e f i n i r c l a r a m e n t e a p o s i ç ã o e s p a c i a l da p e ç a no d i s p o sit ivo i

- a j u s t e da p o s i ç ã o dos f D j u n t o ao p a r â m e t r o s de medição; - c o l o c a ç ã o da p e ç a na p o s i ç ã o de medição.

A d e f i n i ç ã o do modo de p o s i c i o n a m e n t o está in t i m a m e n t e l iga da a forma g e o m é t r i c a da p eç a a medir e à l o c a l i z a ç ã o das s u p e r f í c i e s de medição.

Para pr ov i d e n c i a r a l o c a l i z a ç ã o p r e c i s a de p e ç a s cilíndricas, os d i s p o s i t i v o s de a u t o c e n t r a g e m ou por c o n t r a p o n t a s p o d e m ser us a d o s para atender uma g r a n d e v a r i a ç ã o das d i m e n s õ e s das peças. No entanto, para as p e ç a s p ri s m á t i c a s , são n e c e s s á r i o s d i s p o s i t i v o s auxiliares, c u j a f u n ç ã o é f a c i l i t a r a l o c a l i z a ç ã o í p r e c i s a e asse gur ar a e s t a b i l i d a d e d u r a n t e os c i c l o s de medição.

Uma vez d e f i n i d a a e s t r a t é g i a de m e d i ç ã o p el a s u b f u n ç ã o "Medir" o p r o b l e m a de p r o j e t o de Dm, r e s u m e —se em e s t a b e l e c e r a m a i s a d e q u a d a o r i e n t a ç ã o da peça a medir, s a t i s f a z e n d o os r e q u i s i t o s de e s t a b i 1 idade, r e p e t i b i 1 idade d os p o n t o s de local iza ção e o p o s i c i o n a m e n t o a d e q u a d o dos t r a n s d u t o r e s em r e l a ç ã o ao s parâmetros, p a ra evitar e r r o s de medição.

O f u n d a m e n t o teórico, para a r e p e t i b i 1 idade de p o s i c i o n a m e n t o é e x p l i c a d o p e l a teoria da r e s t r i ç ã o d o s g r a u s de l iberdade ou p r i n c í p i o da s u p e r d e t e r m i n a ç ã o Cl,2 e 3]. Os seis gra us d e liberdade c o n s i s t e m - n os t rês d e s l o c a m e n t o s e três r o t a ç õ e s po s s í v e i s no s três e i xos c o o r d e n a d o s do s i s t e m a c a r t e s i a n o . .

E3

Um c o r p o e s t a r á c o m p l e t a m e n t e d e t e r m i n a d o no espaço, q u a n d o seus seis graus de l i b erd ade e s t i v e r e m restringidos.

Qu a l que r r e s t r i ç ã o a ci ma do n ú m e r o mí n i m o r e q u e r i d o para lo c a l i z a ç ã o , pode levar à s u p e r d e t e r m i n a ç ã o , r e s u l t a n d o em d i s t o r ç õ e s e i n s t a b i l i d a d e de p o s i c i o n a m e n t o da p eça (-fig. 8.11).

I

(b)

vzzzzz

^ z z z z & -!a) :b)

^.Fig. £.11 - E x e m p l o s de posi c i o n a m e n t o com s u p e r d e t e r m i n a ç ã o CE3

a) Peça s u p e r d e t e r m i n a d a b) p e ça d e t e r m i n a d a c o r r e t a m e n t e

A d e t e r m i n a ç ã o da pos i ç ã o da peça a medir é r e a l i z a d a a t r a v é s de p l a n o s e s u p e r f í c i e s da peça e do D m . E s t e s p l a n o s e s u p e r f í c i e s d e v e m ser d e f i n i d o s p el o p r o j e t i s t a c om o p ont o de o r i g e m p ar a o d i m e n s i o n a m e n t o funcional d o disposit ivo .

Os p l a n o s e s u p e r f í c i e s para d e f i n i ç ã o da l o c a l i z a ç ã o da p e ç a no d i s p o s i t i v o são C 2 H !

a) Pl a n o s (linhas ou pontos) de r e f e r ê n c i a (Pr): são fix ado s pe l o pr ojetista, para d e f i n i ç ã o d as c o n d i ç õ e s f u n c i o n a i s e d i m e n s i o n a i s r e l ati vas à p e ç a a medir. E s t e s p l a n o s r e p r e s e n t a m as sup erf í c i e s b á s i c a s s e r v i n d o c om o ba s e c o n s t r u t i v a p ara a peçaj

b> Pl ano s d e p o s i c i o n a m e n t o (Pp); s ã o os p l a n o s de d e f i n i ç ã o da peça no dispositivo, ou seja, os p lan os de o nd e se o r i g i n a m os e l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o dp dispositivo;

c) Super-fícies de p o s i c i o n a m e n t o (Sp > ; são as s u p e r f í c i e s da peça ou do d i s p o s i t i v o o n de ocorre(m) o(s) p o n t o(s ) de a poi o para d e f i n i ç ã o d a posição. E s t a s s u p e r f í c i e s d i v i d e m - s e em s u p e r f í c i e s de p o s i c i o n a m e n t o da peça (Spp) e s u p e r f í c i e de p o s i c i o n a m e n t o d o d i s p o s i t i v o (Spd).

As l o c a l i z a ç õ e s ide ais sã o o b t i d a s atr a v é s de c o n t a t o s pontuais. No entanto, na p r á t i c a , q u a n d o as l o c a l i z a ç õ e s s ã o r e q u e r i d a s para s u p ort ar cargas, as á r e a s de c o n t a t o s ã o n e c e s s a r i a m e n t e maiores, i n t r o d u z i n d o e r r o s de m e d i ç ã o r e l a c i o n a d o s c o m a forma g e o m é t r i c a das s u p e r f í c i e s de localização. Na figura 2.12, s ã o a p r e s e n t a d o s a lg u n s e x e m p l o s d o s p l a n o s de r e f e r ê n c i a e p o s i c i o n a m e n t o de p e ç a s e as s u p e r f í c i e s de p o s i c i o n a m e n t o t í p i c a s do d i s p o s i t i v o p ar a c a d a c a s o Cl e 23^. 24 P L A N O S D E R E F E R Ê N C I A P L A N O S D E P O S I C I O N A M E N T O s u p e r f í c i e s d e P O S I C I O N A M E N T O D A P E Ç A F O R M A D O S P O N T O S D E C O N T A T O D A S U P E R F Í C I E D E P O S I C I O N A M E N T O D O D I S P O S I T I V O PPl P P 3 PP2 P P3 P P 2 pd2 p d 2 pd2 Fig. 2 .1 2 - E x e m p l o s de s u p e r f í c i e s e p l a n o s p o s i c i o n a m e n t o de d i f e r e n t e s peças. de

85 A figura 2 . 1 3 a p r e s e n t a a l g u n s e x e m p l o s de p o s i c i o n a m e n t o de uma pe ç a em um d i s p o s i t i v o de medição. .(B) a) M E D I Ç Ã O D A L A R G U R A E E S Q U A D R O D A B R O N Z I N A b) M E D I Ç Ã O D A E S P E S S U R A NO F U N D O D O CANAL D A B R O N Z I N A

Fig. E . 13 - Ex e m p l o s de uma peca a m edir c o m p l a n o s e super-fícies de p osicionamento. a) M e d i ç ã o da largura e esquadro, b) M e d i ç ã o da e s p e s s u r a no •fundo do canal (A) p l a n o s de re-ferincia <B) p l a n o s de p o s i c i o n a m e n t o (C) s u p e r f í c i e s de p o s i c i o n a m e n t o da p eç a (D) s u p e r f í c i e s de p o s i c i o n a m e n t o do d i s p o s i t i v o (E) s u p e r f í c i e s de m e d i ç ã o Pa r a s e l e ç ã o das s u p e r f í c i e s e a c o n f i g u r a ç ã o d o s e l e m e n t o s de pos ici ona men to, d e vem ser o b s e r v a d o s os s e g u i n t e s a s p e c t o s e r e q u i s i t o s :

- p o s i ç ã o do s p o n t o s de c o n t a t o dos a p a l p a d o r e s na s s u p e r f í c i e s de rnedicao da peça; - d i m e n s õ e s c o m t o l e r â n c i a s funcionaisj - colocação, p o s i c i o n a m e n t o e r e t i r a d a da p e ç a do d i s p o s i t i v o de forma r á p i d a e segura; - s i m p l i c i d a d e e c u s t o s r e d u z i d o s do disposi tiv o; - forma g e o m é t r i c a e a c a b a m e n t o s u p e r f i c i a l da s u p e r f í c i e de p o s i c i o n a m e n t o da peça. Al g u m a s r e c o m e n d a ç õ e s pa r a p o s i c i o n a m e n t o d i s p o s i t i v o s s ã o ; de p e ças em - e scolher p r e f e r e n c i a 1 m e n t e as m a i o r e s s u p e r f í c i e s da peça; - as s u p e r f í c i e s p l a n a s c o m a c a b a m e n t o em b r u t o (peças

fundidas), d e v e m ser p o s i c i o n a d a s em três p o n t o s de apoio; - Q p o s i c i o n a m e n t o d ev e ser r e a l i z a d o em r e l a ç ã o as

s u p e r f í c i e s e x t e r n a s da peça com m eno r t o l e r â n c i a de fabricação.

Em geral as s u p e r f í c i e s de p o s i c i o n a m e n t o da peça, c 1a s s i f i c a m - s e em s u p e r f í c i e s planas, p 1a n a s - c u r v a s e c u r v a s de f o r m a s livres. Estas ú l t i m a s d e v e m ser e v i t a d a s por s erem de g r a n d e c o m p l e x i d a d e para p o s i c i o nam ent o.

A c o n c e p ç ã o d o s e l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o d e v e c o n s i d e r a r as t o l e r â n c i a s d i m e n s i o n a i s e de forma da peça. Os e l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o p o d e m ser s u b d i v i d i d o s em e l e m e n t o s rígidos, a j u s t á v e i s e f l e x í v e i s (fig. 2.14).

27 A l g u n s e x e m p l o s de e l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o p o d e m ser o b s e r v a d o s na fig ura E . 15. F O R M A G E O M E - T R I C A D A p e ç a P R I S M A T I C A P R I S M A T I C A C O M F U R O S c i l í n d r i c a s O U C Ô N I C A S P E R F I S C O M P L E X O S _{- n )}

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E X E M P L O S ^ D E ' - E L E M E N T O S D E P O S - T ^ I O N A M E N T O D:O O _{o o}

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A . Fig. 2 .1 5 - E l e m e n t o s de p o s i c i o n a m e n t o a p l i c a d o s d i f e r e n t e s g e o m e t r i a s de peças. 2 . 2 . 3 Fixar

A -função -fixar ou sujeitar, tem por o b j e t i v o g a r a n t i r a p o s i ç ã o TiStável d os TD e da p eça no d i s p o sit ivo , e v i t a n d o p e r t u r b a ç õ e s d u r a n t e o p r o c e s s o de medição.

A -fixação dos TD é r ea l i z a d a p r i n c i p a l m e n t e m e d i a n t e e l e m e n t o s de a p e r t o que e s t r a n g u l a m o d i â m e t r o de -f i x a ç ã o , a s s e g u r a n d o a s s i m a s u a posição.

Na o p e r a ç ã o de -fixar a peça a medir, é n e c e s s á r i a a a p l i c a ç ã o de u m a -força de fixação, que p r e s s i o n e a peça c o n t r a a s u p e r f í c i e de p o s i c i o n a m e n t o do disposit ivo , c o m um m í n i m o de de-tormações, a s s e g u r a n d o a q u a l i d a d e das s u p e r f í c i e s de c o n t a t o e g e o m e t r i a o r iginal da peça.

Es t a força de f ixa ç ã o d e v e r á ser s u f i c i e n t e p a r a s u p o r t a r as forças de medição, o r i u n d a s d o s TD e a p a l p a d o r e s em c o n t a t o c o m a peça. Normalme nte , a força de m e d i ç ã o de um t r a n s d u t o r , nã o u l t r a p a s s a a 3 N , o que r e s u l t a na n e c e s s i d a d e de a p l i c a ç ã o de uma força de fi xa ç ã o r e l a t i v ã m e n t e pequena, mas s u f i c i e n t e p a ra manter a p o s i ç ã o da p e ç a no d i s p o si tiv o.

E x i s t e uma s é r i e de a l t e r n a t i v a s e p r i n c í p i o s de a t u a ç ã o da força de fixação s o b r e a peça, c o m o por exemplo. mecânico, pneum áti co, hidráulico, magnético, e l e t r o m e c a n i c o , etc. Cl a 43.

Os e l e m e n t o s de f i x a ç ã o d e v e m ser s e l e c i o n a d o s e c o n f i g u r a d o s de ma ne i r a a;

— alc anç ar um c u r t o t e m p o do p r o c e s s o de fixação;

— alc anç ar p e q u e n a força manual n e c e s s á r i a par a p r o d u z i r a força de fixação;

- não u l t r a p a s s a r à força de f i x a ç ã o n e c e s sár ia, e v i t a n d o d e f o r m a ç õ e s dos elementos;

- p o s s i b i l i t a r uma m a n i p u l a ç ã o s i m p l e s da peça e d os e l e m e n t o s de fixação.

Na sele ção dos e l e m e n t o s de f ixa ç ã o mai s a d e q u a d o s ao d i s p o s i t i v o de medição, d e v e m ser o b s e r v a d o s fato res como: material, geometria, a c a b a m e n t o superf ici al, d i m e n s õ e s da p e ç a à medir, se nt i d o e m ó d u l o da força de medição, f r e q ü ê n c i a do p r o c e s s o de m e d i ç ã o e c u s t o do m e i o de fixação.

P a r a que não o c o r r a m d i s t o r ç õ e s ou d e f o r m a ç õ e s da peç a no dispositivo, os p r i n c í p i o s de fixa ção que i n d e p e n d e m d a a t u a ç ã o di r e t a da força humana, tem sido e m p r e g a d o s com mai or freqüência. Na figura E . 16, e s t ã o a p r e s e n t a d o s os v á r i o s t i p o s de e l e m e n t o s f u n c i o n a i s n o r m a l m e n t e a p l i c a d o s na fix açã o d a s peças, s e n d o d i s c r i m i n a d a s suas c a r a c t e r í s t i c a s , v a n t a g e n s e limitações.

A li teratura apresenta, d e t a l h a d a m e n t e as, c a r a c t e r í s t i c a s , s e q ü ê n c i a de c á l c u l o e e x e m p l o s de a p l i c a ç õ e s d e s t e s e l e m e n t o s [1 a 43.

a= 2 ^ C D U) <Ú eu a «5 D S o < _ íC i ij_i^-n í - _o <- <0 Ui Ih l/l o Cl D Crr+* iTj lU C C n o 4_i 0 <Xj ^ = a Oi _{rtS oi"o} ui o - o o ~J o c D. L/— Ílí S U1 ü . Q i 01 Oj Qj => -‘ “0 “ 0 c r K w n w £ a ü M Pk n

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