UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DeTec – Departamento de Tecnologia
Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi
LEANDRO GIESEL
ANÁLISE DE SISTEMAS DE MEDIÇÃO PARA PEÇAS ESTAMPADAS DE PEQUENO E MÉDIO PORTE
Panambi 2013
LEANDRO GIESEL
ANÁLISE DE SISTEMAS DE MEDIÇÃO PARA PEÇAS ESTAMPADAS DE PEQUENO E MÉDIO PORTE
Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.
Banca Avaliadora:
1° Avaliador: Prof. Gil Eduardo Guimarães, Dr. Eng. 2° Avaliador: (Orientador): Claudio Fernando Rios, M. Eng.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Irany e Marcelina, pelos esforços imensuráveis dispensados a minha educação.
A minha amada esposa Cassieli, pelos incontestáveis momentos em que não me deixou desistir.
Aos meus amigos e irmãs, pela compreensão durante minha ausência.
A todos os professores em especial M. Eng. Claudio Fernando Rios pela serenidade e empatia ao transmitir seus conhecimentos.
A todos os colegas com os quais tive a oportunidade de dividir angústias e alegrias.
RESUMO
No presente trabalho serão apresentados e discutidos alguns assuntos sobre a medição geométrica na indústria metalúrgica, especificamente para peças estampadas. Como os braços articulados de medição são comumente usados na medição de peças , metodologias propostas para verificação metrológica desses equipamentos serão apresentadas visando garantir a qualidade das medições.
Por outro lado, em virtude da metrologia óptica ser cada vez mais aplicada no meio industrial, será apresentado e avaliado um sistema óptico de medição baseado em fotogrametria.Apresentase também o estudo de R&R através de uma aplicação prática do braço articulado de medição.
A metrologia por coordenada tradicional não pode mais ser considerada uma solução ideal para medição de superfícies livres em peças estampadas, principalmente pelo elevado tempo de medição e a falta de portabilidade. Neste caso os braços articulados de medição e a fotometria surgem como uma opção convidativa.
Os braços articulados de medição foram avaliados seguindo a análise do processo de medição através do estudo de repetitividade e reprodutibilidade, onde o mesmo mostrou a importância dos operadores no resultado. A análise do sistema fotométrico baseou-se na comparação com uma máquina de medir por coordenadas, onde os resultados comparativos foram satisfatórios.
Palavras-chave: Braço Articulado de Medição, Máquina de Medição por Coordenadas, Fotometria.
ABSTRACT
In this work will be presented and discussed some issues concerning the measurement geometry in the metal industry, specifically for stampings. As articulated measuring arms are commonly used in the measurement of parts, metrological verification methodologies proposed for these items will be presented in order to ensure the quality of measurements.
Moreover, due to optical metrology increasingly being applied in the industrial environment, is evaluated and displayed an optical based measurement fotogrametria.Apresentase also the study of R & R through a practical application of the articulated arm of measurement.
The coordinated by traditional metrology can no longer be considered an ideal solution for measuring free surfaces in stampings primarily for the high measurement time and lack of portability. In this case articulated measuring arms and photometry emerge as an inviting option.
The articulated measuring arms were evaluated following the analysis of the measurement process through the study of repeatability and reproducibility, where it showed the importance of operators in the result.
The photometric analysis system based on a comparison with a machine for measuring coordinates where comparative results were satisfactory.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Processo de estiramento. ... 14
Figura 2: Processo de embutimento. ... 15
Figura 3: Efeito da distribuição dos pontos. ... 17
Figura 4: Influência da máquina, ambiente e operadores na medição... 17
Figura 5: Exemplo de DMM. ... 19
Figura 6: Máquinas de medição por coordenadas cartesianas. ... 21
Figura 7: DiagramaIshikawa, fontes de erro MMC. ... 23
Figura 8: Diversos braços articulados de medição. ... 24
Figura 9: DiagramaIshikawa, fontes de erro BAM. ... 25
Figura 10: Configurações de BAM. ... 26
Figura 11: Posição da esfera para teste de SPAT. ... 28
Figura 12: Partes do BAM. ... 29
Figura 13: Esquema das cinco primeiras posições do BAM no teste SPAT. ... 29
Figura 14: Posição das esferas e divisão em octantes. ... 32
Figura 15: Objeto 3D gerando imagem 2D. ... 34
Figura 16: Objeto 2D gerando imagem 3D. ... 34
Figura 17: Intersecção da retas. ... 35
Figura 18: Sistema ATOS. ... 37
Figura 19: Medição utilizando sistema ATOS. ... 37
Figura 20: Diagrama de causa e efeito do sistema fotogramétrico... 38
Figura 21: Peça em estudo. ... 39
Figura 22: BAM utilizado para os ensaios. ... 40
Figura 23: Processo sendo realizado no BAM. ... 41
Figura 24: Preparação da peça. ... 42
Figura 25: Medição da peça com sistema ATOS. ... 43
Figura 26: Medição da peça na MMC. ... 43
Figura 27: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto1. ... 44
Figura 28: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto 2. ... 45
Figura 29: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto 3. ... 45
Figura 30: Gráfico de controle da média e amplitude. ... 46
Figura 31: Gráfico de controle da média e amplitude. ... 47
LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos)
BAM Articulated Arm Coordinate Measuring Machines (Braço Articulado de Medição) CAD Computer Aided Design (Desenho Auxiliado por Computador)
MMC Coordinate Measuring Machine (Máquina de Medição por Coordenadas ) MSA Measurement Systems Analysis (Análise dos Sistemas de Medição) R&R Repetitividade e Reprodutibilidade
RMS Root Mean Square (Valor Quadrático Médio)
SPAT Single-Point Articulation Performance Test (Teste de Desempenho da Articulação de um Único Ponto )
VDE Associação Alemã de Engenharia Elétrica, Engenharia Eletrônica e Tecnologia da Informação
VDI Associação Alemã de Engenheiros
VE Variação do Equipamento (repetitividade) VA Variação entre Avaliadores (reprodutibilidade) VP Variação da Peça
VT Variação Total
DMM Dispositivo de Medição e Monitoramento RBC Rede Brasileira de Calibração
LISTA DE SÍMBOLOS
δi Desvio vetorial
Xi, Yi, Zi Coordenadas medidas
Xa, Ya, Za Coordenadas médias
n Número de medições Di Desvio
Li Comprimento medido e corrigido
Lcal Comprimento calibrado
Xbar Média das medições mR bar Amplitude média
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ... 12
1 MEDIÇÃO DE PEÇAS REPUXADAS ... 13
1.1CARACTERÍSTICAS DE PEÇAS ESTAMPADAS ... 14
2 MEDIÇÃO DE FORMA LIVRE ... 16
2.1INFLUÊNCIA DO OPERADOR NA MEDIÇÃO ... 16
2.2MEIOS PARA MEDIÇÃO DE FORMA LIVRE ... 18
2.3INSPEÇÃO POR CONTATO ... 18
2.3.1Calibradores ... 19
2.3.2Máquinas de Medição Por Coordenadas ... 20
2.3.3Máquinas de Medição Por Coordenadas Cartesianas ... 21
2.3.4Braços Articulados de Medição ... 23
2.3.5Verificação de Braços Articulados Conforme a Norma ASME B89.4.22-2004 ... 26
2.3.6Teste de Desempenho do Diâmetro Efetivo ... 27
2.3.7Teste de Desempenho da Articulação de um Ponto Único ... 27
2.3.8Teste de Desempenho Volumétrico ... 31
2.4INSPEÇÃO SEM CONTATO DE FORMA LIVRE ... 33
2.5SISTEMA DE MEDIÇÃO ATOS DA GOM MESSTECHNIK ... 36
2.6VERIFICAÇÃO DO SISTEMA FOTOMÉTRICO ... 38
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 39
3.1ESTUDO DE R&R NO BAM ... 39
3.2ESTUDO BASEADO NA FOTOGRAMETRIA ... 42
3.2.1Medição com o Sistema ATOS ... 42
3.2.2Medição com o MMC ... 43
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 44
4.1ANÁLISE DO ESTUDO DE R&R COM BAM ... 44
4.2ANÁLISE DOS ESTUDOS DO SISTEMA FOTOMÉTRICO ... 47
CONCLUSÃO ... 49
ANEXO A – Certificado ARM 2025 ... 52
ANEXO B – Planilha de MSA ... 55
ANEXO C – Certificado BLN 710 ... 57
ANEXO D – Relatórios ATOS, Peça 1 ... 62
ANEXO E – Relatórios ATOS, Peça 2 ... 68
INTRODUÇÃO
A busca por soluções de problemas enfrentados em nosso dia-a-dia é um fator muito abordado nas indústrias e na sociedade em geral, a velocidade da evolução tecnológica é um assunto sobre o qual já não cabem mais comentários. A cada dia aparecem vários novos produtos. Muitas dessas novidades se tornam exigências de mercado, outras são apenas modismos, não resultam em ganhos e perdem a importância.
Com a necessidade de se atingir o mercado consumidor, que deseja cada vez formas mais harmoniosas, ou mesmo na fabricação de itens para as indústrias que utilizam um alto grau de complexidade geométrica em seus produtos e visando manter a qualidade exigida, surgem no mercado inúmeros sistemas de medição para controle destas formas ,muitas dessas novidades se tornam exigências de mercado, outras são apenas modismos, não resultam em ganhos e perdem a importância.
Entre os sistemas que vem tendo um maior destaque pode-se citar os braços articulados de medição e o sistema fotométrico, a grande portabilidade, fácil manuseio, tempo de medição reduzido são os principais argumentos citados pelos fabricantes, porém do ponto de vista metrológico outros aspectos também devem ser levados em consideração.
Com este cenário, será abordado ao longo do presente trabalho um estudo para testar o desempenho metrológico dos braços articulados de medição e do sistema fotométrico, através de estudo de Repetitividade e Reprodutibilidade e comparação com uma MMC.
1 MEDIÇÃO DE PEÇAS REPUXADAS
A estampagem é um dos processos mais usados na fabricação de peças mecânicas. A qualidade industrial dos produtos e serviços de um país é fortemente dependente de sua estrutura metrológica. Entretanto, a metrologia somente começou a ser tratada de uma maneira formal em aplicações industriais a partir dos anos 90[1]. Com a globalização e o aumento da competitividade cresce, cada vez mais, a necessidade de ter pleno conhecimento sobre todas as etapas do processo de estampagem, visando torná-lo mais viável do ponto de vista econômico e operacional.
A medição é umas das ferramentas através da qual esse conhecimento pode ser alcançado, assim a metrologia se torna extremamente importante para o desenvolvimento tecnológico da estampagem. Desta forma os equipamentos de controle de qualidade devem ter seu potencial avaliado pela importância que a característica a ser controlada tem no processo ou pela abrangência de informações que ele pode trazer.
A garantia de que os produtos tenham uma conformidade geométrica dentro dos padrões aceitáveis é uma obrigatoriedade para uma empresa conseguir se manter em um mercado cada vez mais competitivo, além de abrir um caminho seguro para uma futura cooperação entre os demais setores ou mesmo outras empresas coexistindo em um ambiente cada vez mais globalizado[2].
Com os sistemas produtivos buscando cada vez mais diminuir o retrabalho e o tempo de produção e consequentemente os custos, os novos processos de medição surgem como grandes aliados à otimização dos processos já que, além de inspecionar a conformidade geométrica das peças produzidas, com os dados gerados, podem-se identificar prováveis variações no processo de fabricação, tendo assim um indicador confiável de onde se deve investir em melhorias para as futuras correções.
Os dados obtidos pelo processo de inspeção podem ser utilizados para a tomada de decisões, definindo melhorias nos processos ou indicativos de setores que necessitem de maior investimento para corrigir erros .
Porém, não há no Brasil uma cultura metrológica, devido principalmente as empresas a terem apenas para cumprir requisitos de normas de sistemas de gestão da qualidade, este cenário atribui a metrologia aspectos negativos como aumento dos tempos de produção e gargalo entre processos. Talvez esse seja o motivo da pequena atenção dada à área pelas escolas técnicas e universidades.
1.1 CARACTERÍSTICAS DE PEÇAS ESTAMPADAS
A estampagem divide-se em 4 processos:
Estiramento;
Embutimento;
Corte;
Dobra.
Estiramento é o processo de conformação de chapas com punção rígido, no qual a borda da chapa permanece fixa durante o processo, não havendo fluxo de material para entre matriz e prensa-chapas[3]. A conformação se dá puramente as custas da espessura da chapa e sob tensões de tração (Figura 1).
Figura 1: Processo de estiramento. Fonte: SOUZA[3].
Embutimento é o processo de conformação de chapas com punção rígido, no qual a chapa é total ou parcialmente deslocada para dentro da matriz durante o processo, havendo fluxo de material entre matriz e prensa-chapas[3]. A espessura da chapa tende a permanecer constante, pois tensões de tração e compressão ocorrem simultaneamente na região de conformação (Figura 2).
Figura 2: Processo de embutimento. Fonte: SOUZA[3].
Do ponto de vista metrológico, a inspeção dimensional e geométrica de peças estampadas apresenta alguns desafios, devido a que estas peças apresentam muitas vezes geometrias complexas. Essa complexidade é devida às características deste processo de conformação, mas também a liberdade que o processo concede aos projetistas.
2 MEDIÇÃO DE FORMA LIVRE
Atualmente, as empresas visam atingir o mercado consumidor com produtos de geometrias complexas, seja para satisfazer as exigências em relação a uma estética inovadora, com formas mais harmônicas ou no desenvolvimento de funções específicas como a estrutural que requerem uma forma diferenciada. Visando estes produtos, os processos produtivos necessitam de um constante aprimoramento para atender os padrões de qualidade, mantendo a exatidão geométrica necessária.
Vista a importância que uma tecnologia de inspeção tem no sistema produtivo, é fundamental que os processos de medição adotados por uma empresa sejam capazes de realizar medições confiáveis, evitando a classificação equivocada de produtos (peças ruins aprovadas ou peças boas reprovadas) ou que o processo de fabricação seja realimentado com informações que não condizem com a real situação da qualidade de fabricação, fazendo com que decisões erradas ou precipitadas nas melhorias do processo de fabricação sejam tomadas.
A especificação técnica para tolerâncias está baseada na norma ISO 1101, e a medição de forma livre está relacionada com as tolerâncias de perfil de linha e superfície podendo ser com ou sem relação de referência, as tolerâncias são divididas como somente forma, orientação e localização[6].
A complexidade de medição de forma livre é muito maior que a medição de superfícies regulares que possuem elementos geométricos simples como: planos, linhas, cilindros, esferas e círculos, na medição de formas livre geralmente não são disponíveis pontos óbvios sendo assim mais difícil para definir as referências e os pontos a serem controlados.
2.1 INFLUÊNCIA DO OPERADOR NA MEDIÇÃO
O operador é o responsável por todo o processo de inspeção. É dele a responsabilidade de posicionar, fixar a peça de forma que ela fique estável durante a medição, selecionar e montar o cabeçote com uma configuração adequada do apalpador e, o mais importante, estabelecer os parâmetros da estratégia de medição.
A Figura 3 mostra o efeito da distribuição dos pontos de medição, verifica-se que os erros de medição para os pontos distribuídos de forma concentrada são maiores que para os pontos espalhados sobre todo o mesmo elemento de medição, o efeito deste erro torna-se maior se a peça tiver acabamento superficial ruim[4].
Figura 3: Efeito da distribuição dos pontos. Fonte: Oliveira [4].
A responsabilidade da estratégia de medição recai totalmente no operador, sendo que a direção, quantidade de pontos e a velocidade referente à estratégia, são definidas mais por experiência profissional do que por algum embasamento científico. A Figura 4 apresenta uma relação do nível de influências nos resultados, apresentando dados comparativos entre o operador, a máquina e o ambiente em que a inspeção está sendo produzida. Na situação em que os resultados são obtidos em condições ideais de medição, as influências são encontradas em menor escala. Conforme os resultados tendem à condição crítica, na qual devem ser totalmente rejeitados, pode-se notar que as ações do operador são as que têm maior influência[4].
Figura 4: Influência da máquina, ambiente e operadores na medição. Fonte: Oliveira [4].
Muitas empresas preferem realizar fortes investimentos em equipamentos de medição, deixando em segundo plano a formação de metrologistas capacitados para operá-los. Os responsáveis por tomar decisões defendem a idéia de que os treinamentos intensivos com baixa carga horária são suficientes para capacitar as pessoas envolvidas nos processos metrológicos das empresas. Vários argumentos são utilizados para justificar essa atitude.
Dentre eles, os mais mencionados são o custo dos cursos e treinamentos, a necessidade de afastar o funcionário do seu posto de trabalho por algum tempo e a rotatividade do funcionário dentro da empresa, que pode ocasionar perda de investimento feito no aprimoramento profissional do funcionário.
2.2 MEIOS PARA MEDIÇÃO DE FORMA LIVRE
Superfície livre pode ser definida como sendo toda e qualquer superfície cuja geometria não pode ser representada por equação matemática definida[7]. Essas superfícies podem ser medidas através de técnicas de medição com e sem contato, sendo desta forma empregado duas formas para análise geométrica destas superfícies: comparação direta e indireta.
Na comparação direta o principio básico para a análise é verificar o desvio entre uma superfície padrão e a superfície a ser analisada sobrepondo as duas através das folgas existentes. As principais desvantagens deste método é a incerteza de medição que depende da habilidade do operador, da manutenção e calibração dos padrões e quando realizado a calibração dos instrumentos devido ao tempo necessário pode prejudicar a produção, outro fator importante é que cada meio de medição é cativo geralmente não sendo possível utiliza-lo para controle em outro processo também possui um investimento inicial elevando, considerando a velocidade de mudança nos produtos muitas vezes se tornam obsoletos em pouco tempo.
A comparação indireta baseia-se na tecnologia de medição por coordenadas. Os desvios são determinados através da diferença de coordenadas entre os pontos medidos e os pontos de referências, sendo desta forma determinado os erros geométricos da superfície da peça nos pontos definidos pelo operador[8].
2.3 INSPEÇÃO POR CONTATO
Os meios de controle convencional por contato como padrões, instrumentação, dispositivos de medição e monitoramento (DMMs) quando aplicados ao processo produtivo
conseguem monitorar e informar correções necessárias ao processo, informando apenas o limite máximo e mínimo de tolerância, já em situações em que são empregadas máquinas de medição por coordenadas cartesiana e polar pode-se ter uma análise mais aprimorada dos resultados.
2.3.1 Calibradores
Calibradores são instrumentos que estabelecem os limites máximo e mínimo das dimensões que desejamos comparar. Podem ter formatos especiais, dependendo das aplicações, como, por exemplo, as medidas de roscas, furos e eixos.
Geralmente fabricados de aço-carbono e com as faces de contato temperadas e retificadas, os calibradores são empregados nos trabalhos de produção em série de peças intercambiáveis, isto é, peças que podem ser trocadas entre si, por constituírem conjuntos praticamente idênticos. Quando isso acontece, as peças estão dentro dos limites de tolerância, isto é, entre o limite máximo e o limite mínimo, quer dizer: passa/não-passa[9].
Dispositivos de Medição e Monitoramento (Figura 5) são largamente utilizados, eles operam como padrões contra os quais a curva ou superfície é comparada. Assim, sua forma deve apresentar um desvio consideravelmente menor à tolerância da superfície a ser controlada. No caso mais geral, a comparação é realizada visualmente, através da observação do fio de luz entre o gabarito e a peça. Consequentemente, trata-se de sistemas de inspeção atributivos, que não têm a capacidade de informar o valor do desvio em cada ponto da superfície controlada.
Figura 5: Exemplo de DMM. Fonte: Arquivo Pessoal.
2.3.2 Máquinas de Medição Por Coordenadas
Na indústria automobilística e na metal-mecânica, que exigem tolerâncias geométricas reduzidas, a garantia da confiabilidade em seus sistemas de medição é um fator crítico. Nessa situação de exigência, faz-se necessário o uso de sistemas de alta exatidão e capazes de medir peças com geometrias complexas. É nesse meio que as máquinas de medir por coordenadas (MMC) se inserem [10], tornando-se um dos mais poderosos recursos para a garantia da qualidade geométrica na atualidade [11].
Na medição por coordenadas com contato, a informação sobre a geometria da peça é obtida apalpando a superfície em pontos de medição discretos e as coordenadas desses pontos são expressas num sistema de referência pré-determinado. Entretanto, não é possível avaliar os desvios geométricos da peça (por exemplo, desvios de diâmetro, de distância, de posição, de perfil, batimentos, entre outros) diretamente pelas coordenadas dos pontos medidos. Assim, podem-se identificar basicamente duas formas para avaliar, a partir dessas coordenadas, a qualidade geométrica da peça:
As coordenadas dos pontos medidos são usadas para estimar, através de um algoritmo de ajuste (por exemplo, mínimos quadrados)[12], os parâmetros de elementos geométricos ideais, também chamados de elementos substitutos, tais como cilindros, planos, cones e assim por diante. A avaliação de conformidade é realizada comparando esses parâmetros com as especificações de aplicação (por exemplo, tolerâncias de tamanho, posição, orientação, batimento, entre outros)[13].
Os pontos medidos são posicionados com relação ao modelo CAD tridimensional da peça, usando algum critério matemático de ajuste (por exemplo, best-fit). A partir desse posicionamento podem ser determinados os desvios da superfície real com relação à superfície do modelo, realizando a avaliação de conformidade com as especificações. Esse é o modo mais frequente quando se trata de superfícies de forma livre[13].
As máquinas de medição por coordenadas podem ser classificadas em dois tipos básicos, conforme a natureza dos movimentos entre partes móveis. Há assim as que se baseiam em deslocamentos retilíneos mutuamente ortogonais, denominadas de máquinas “cartesianas”, e as que se baseiam em movimentos de rotação, denominadas de “braços articulados”[13]. A seguir serão tratadas as particularidades de ambos os tipos.
2.3.3 Máquinas de Medição Por Coordenadas Cartesianas
As MMCs (Figura 6) modernas podem adquirir a informação sobre a superfície da peça de duas formas de apalpação diferentes:
Ponto a ponto - O apalpador se aproxima da superfície da peça na direção normal à superfície. As coordenadas do ponto central do sensor esférico são adquiridas e posteriormente o apalpador se afasta da peça. As coordenadas do ponto de contato são obtidas por correção do raio do sensor esférico, a partir das coordenadas adquiridas do centro.
Por varredura ou scanning - O sensor permanece em contato com a superfície da peça e se desloca em uma direção pré-determinada. Durante essa trajetória, as coordenadas do centro do sensor são adquiridas sequencialmente. Posteriormente, as coordenadas dos pontos de contato sensor-peça são obtidas por correção do raio do sensor na direção espacial apropriada[14].
Figura 6: Máquinas de medição por coordenadas cartesianas. Fonte: Lima [13].
Basicamente, todo o método de medição 3D capaz de adquirir pontos únicos da superfície de uma peça é apropriado para medições de superfícies de formas livres[15]. As MMCs equipadas com apalpadores do tipo scanning podem medir um grande número de pontos na superfície de uma peça num pequeno intervalo de tempo, gerando assim informação mais detalhada sobre a geometria.
Para o caso específico de peças repuxadas, a coleta de pontos por meio de varredura torna-se uma poderosa ferramenta para analise principalmente quando se necessita de uma alta densidade de pontos para engenharia reversa ou para medição de desvio de forma.
Em uma medição com uma MMC é necessário haver a preparação não tão somente da peça submetida à medição como da própria máquina. Tal preparação consiste nas seguintes etapas [16]:
Limpeza da peça - A limpeza da superfície submetida à medição deve ser bem controlada antes e durante as medições. Algumas impurezas podem comprometer toda a confiabilidade do processo de medição e até causar problemas no sensor do apalpador.
Estabilização térmica da peça – Deve-se garantir que a peça esteja a uma temperatura suficientemente próxima de 20ºC antes de ser iniciada a medição e que permaneça sem variações de temperatura relevantes ao longo de todo o processo de medição. O tempo necessário para estabilização térmica varia conforme o material e tamanho da peça.
Fixação da peça - Após a estabilização térmica da peça, é necessário fixá-la na mesa da máquina por meio de um dispositivo de fixação que garanta uma fixação firme da peça sem, no entanto, provocar deformações que venham a alterar as dimensões da mesma. Peças grandes podem não precisar de fixação, mas deve-se cuidar que estejam apoiadas adequadamente para evitar deformações devidas ao próprio peso.
Terminada essa preparação e realizado o planejamento da medição, executa-se a medição propriamente dita, que compreende as seguintes etapas [12]:
a. Qualificação do apalpador usando, por exemplo, uma esfera calibrada.
b. Determinação do sistema de coordenadas da posição da peça em relação ao sistema de coordenadas da máquina.
c. Medição dos pontos na superfície da peça em relação ao sistema de coordenadas da máquina.
d. Avaliação dos parâmetros geométricos na peça.
e. Representação do resultado da medição após a transformação do sistema coordenado no sistema de coordenadas da peça.
Os resultados de medição obtidos com uma MMC, são sensíveis às influências externas, tais como ambiente (temperatura, sujeira, vibração, etc.), procedimento (estratégias) de medição e operadores , exigindo a realização de investimentos em todos estes aspectos.
Tendo em vista que a garantia da confiabilidade metrológica das MMC é indispensável, faz-se necessário, além de todos esses investimentos citados, também o acompanhamento da sua estabilidade metrológica ao longo do tempo. Nesse sentido, existem
algumas ferramentas que oferecem mecanismos para o monitoramento contínuo da MMC, assegurando que os valores indicados pela máquina continuam válidos (ou não) de acordo com o último certificado de calibração [17].
Muitos são os fatores que influenciam no resultado de medições utilizando a MMC. A Figura 7 apresenta um diagrama de causas e efeito das fontes de erros já discutidas em alguns trabalhos anteriores [18].
Figura 7: DiagramaIshikawa, fontes de erro MMC. Fonte: OLIVEIRA e SOUZA [18].
2.3.4 Braços Articulados de Medição
Os braços articulados de medição (BAMs) usam uma série de articulações compondo 5, 6 ou 7 graus de liberdade e medidores angulares de precisão (encoders) para determinar a posição de um apalpador no espaço tridimensional.O posicionamento do apalpador na superfície da peça é feito manualmente e o volume de medição é esférico[13].
Na Figura 8 são apresentados diferentes tipos de braços articulados de medição.
Figura 8: Diversos braços articulados de medição. Fonte: Lima [13].
Devido a sua configuração e características construtivas, os braços articulados de medição possuem algumas características vantajosas que podem ser decisivas em determinadas aplicações[19]:
Grande portabilidade.
Relação vantajosa entre o volume de medição e o tamanho do equipamento.
Menor custo em relação às máquinas de medição por coordenadas cartesianas. Dessa forma, medições em campo e em locais de difícil acesso são possíveis do ponto de vista operacional, com relativa facilidade para o usuário. No entanto, os BAMs, como qualquer sistema de medição, estão sujeitos a limitações metrológicas. Na Figura 9 são apresentadas, por meio de um diagrama de causa efeito, as principais fontes de erros encontradas nos BAMs.
Figura 9: DiagramaIshikawa, fontes de erro BAM. Fonte: Lima [13].
Em geral, as incertezas das medições realizadas com BAMs são maiores que as incertezas das medições executadas em MMCs cartesianas. Fatores tais como a habilidade do operador e a rigidez da fixação do braço com relação à peça são críticos e podem degradar fortemente o desempenho metrológico do sistema de medição. Valores de repetitividade (95%) entre 0,1 mm e 0,6 mm são comuns para volumes de medição de aproximadamente 2 m (alcance de medição ou diâmetro da esfera de medição)[13].
Devido a essas limitações, os braços articulados de medição são apropriados para o controle de peças com tolerâncias amplas, tais como peças plásticas, estampadas e fundidas não acabadas.
Como ainda se trata de uma tecnologia relativamente nova no mercado, até 2004 não existia uma metodologia específica para avaliação de desempenho de BAM. Havia, métodos derivados dos usados na avaliação de MMCs cartesianas, praticadas e aceitas pelos fabricantes de BAMs. Em agosto de 2005, a Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) publicou sua norma B89.4.22-2004[19], específica para avaliação de máquinas de medição de braços articulados com volume de medição esférico.
2.3.5 Verificação de Braços Articulados Conforme a Norma ASME B89.4.22-2004
O escopo desta norma refere-se à avaliação de desempenho de braços articulados de medição manuais com até sete articulações, embora configurações com maior número de articulações possam também ser avaliadas[19]. Apesar da crescente aplicação de BAMs com sensores ópticos, até o presente momento são considerados somente apalpadores de contato.
A ASME B89.4.22-2004, além de padronizar a avaliação de desempenho dos BAMs, padroniza aspectos tais como a classificação do tipo de equipamento e as especificações ambientais[19]. As configurações dos BAMs são definidas de acordo com o número de graus de liberdade. Como mostrado na Figura 10, a norma ASME traz as seguintes configurações:
Figura 10: Configurações de BAM. Fonte: ASME[19].
A norma define três tipos de testes: o teste de desempenho do diâmetro efetivo, o teste de desempenho da articulação de um único ponto e o teste de desempenho volumétrico. Apresenta um conjunto de parâmetros para descrever o desempenho do BAM e traz também informações sobre como avaliar a incerteza associada a cada tipo de ensaio de desempenho para avaliar a conformidade ou não do equipamento frente às especificações, por exemplo durante os ensaios de aceitação do BAM.
Os parâmetros são os seguintes: o desvio máximo de um valor de referência (que, se estiver disponível, é o valor calibrado de um artefato), a amplitude dos desvios de um valor de referência, duas vezes a raiz da soma quadrática dos desvios (2RMS), e, no caso do teste de desempenho da articulação de um único ponto (SPAT), duas vezes o desvio padrão da localização do ponto[13].
2.3.6 Teste de Desempenho do Diâmetro Efetivo
Neste teste o diâmetro de uma esfera calibrada é medido tendo como configuração e procedimento de medição as seguintes recomendações [13]:
Uma esfera de referência de 10 mm a 50 mm de diâmetro (calibrada) deve ser montada rigidamente, aproximadamente na metade do alcance do BAM.
Cada medição deve ser realizada apalpando em 9 pontos com a seguinte distribuição: 4 pontos no equador, 4 pontos numa latitude de 45 graus (girando em torno do equador) e 1 ponto no pólo.
Durante o teste deve ser minimizada a articulação do BAM em cada medição.
A esfera deve ser medida 3 vezes na mesma localização.
Os 9 pontos de cada repetição são usados para determinar o diâmetro da esfera usando o software do BAM. Serão informados: o desvio de diâmetro, como sendo a diferença entre os diâmetros da esfera (medido e calibrado) e o máximo desvio de forma encontrado.
Através deste teste é possível detectar problemas de histerese e possíveis erros no tamanho do apalpador esférico do BAM, atribuíveis à qualificação do apalpador. Tal erro é importante, uma vez que uma dimensão incorreta do apalpador será transferida para todas as características[8].
2.3.7 Teste de Desempenho da Articulação de um Ponto Único
Este teste, conhecido como SPAT, tem como objetivo avaliar a capacidade do BAM para fornecer valores semelhantes da coordenada de um ponto quando o BAM é movimentado o máximo possível para alcançar aquele ponto. O teste agrupa, por conceito, aspectos de repetitividade e reprodutibilidade, necessários devido à natureza dos BAM.
Visando maximizar a movimentação (articulação) de todos os encoders do BAM, o teste deve ser executado usando um artefato em 3 localizações diferentes dentro do volume de
trabalho do BAM[19]. Tais localizações são baseadas num percentual do valor do comprimento do braço (comprimento radial) e são apresentadas na Figura 11.
Figura 11: Posição da esfera para teste de SPAT. Fonte: ASME [19].
A norma apresenta dois métodos distintos para o teste SPAT: um para apalpador rígido e outro para apalpador comutador. Na utilização do apalpador rígido cabe ao operador identificar a ocorrência do toque com a peça, enquanto o sinal para adquirir os ângulos nos encoders é dado pelo acionamento de um botão.
Para BAMs com apalpador rígido, o SPAT tem como objetivo a medição das coordenadas do centro do sensor esférico encaixado em uma base cinemática (furo ou soquete cônico), quando o braço é movimentado em 10 configurações geométricas diferentes, visando maximizar as possíveis rotações de suas articulações.
Segundo a norma ASME B89.4.22-2004, a prática tem mostrado que quando o apalpador é mantido em contato com o artefato, a força aplicada pelo operador tende a aumentar. Portanto, após a medição, o contato físico entre o apalpador e o artefato padrão deve ser interrompido.
Para melhor exemplificar como são definidas as posições do BAM, a Figura 12 apresenta uma maneira de identificar as três partes de um braço articulado de medição: ombro, cotovelo e pulso.
Figura 12: Partes do BAM. Fonte: ASME[19].
As cinco primeiras posições são descritas abaixo e mostradas na Figura 13.
Cotovelo para baixo à esquerda;
Cotovelo para cima à esquerda;
Cotovelo para cima;
Cotovelo para cima à direita;
Cotovelo para baixo à direita.
Figura 13: Esquema das cinco primeiras posições do BAM no teste SPAT. Fonte: ASME[19].
As outras cinco orientações são obtidas girando o pulso do BAM em aproximadamente 180°. Para cada uma das 10 orientações deve-se registrar a localização do apalpador[19].
O SPAT utilizando um apalpador comutador tem como objetivo medir a coordenada do centro de uma esfera de referência rigidamente montada, que tenha um diâmetro entre 10 mm e 50 mm. A localização da esfera deverá ser medida 10 vezes em 3 posições diferentes dentro do volume de trabalho do BAM.
Para cada posição da esfera, o BAM é movimentado nas mesmas 10 orientações descritas anteriormente. Para cada uma das 10 orientações do BAM, 4 pontos no equador e 1 ponto no pólo são medidos e ajustados para definir a coordenada do centro da esfera. Nesse teste, o BAM deve ser mantido aproximadamente na mesma orientação para todos os pontos durante a medição do centro da esfera.
Como resultado da análise de dados tem-se o desvio máximo dos pontos em relação ao valor médio e 2 vezes o desvio padrão da localização dos pontos.
O procedimento de cálculo é descrito a seguir[13]:
Calcular as médias das coordenadas de localização (X, Y, Z) dos 10 pontos (para apalpador rígido) ou dos 10 centros das esferas calculados (para apalpador comutador).
Calcular os desvios vetoriais para cada localização (ponto ou centro de esfera) usada para computar a média, conforme Equação 1:
= (− )+ (− )+ (− ) ( 1) Onde: Xi , Yi , Zi são as coordenadas medidas e Xa , Ya , Za as coordenadas médias; n é
número de medições (nesse caso n = 10).
Calcular o desvio máximo max (δi) e o valor 2SSPAT calculado de acordo com a
Equação 2.
2 = 2 ∑
మ
( ) ( 2)
O parâmetro estatístico 2SSPAT é mais robusto do que o desvio máximo, visto que ele
2.3.8 Teste de Desempenho Volumétrico
O teste de desempenho volumétrico baseia-se na medição da distância entre os centros de duas esferas posicionadas nas extremidades de uma barra, em 20 posições dentro do volume de trabalho do braço articulado de medição.
Para cada posição é necessária a definição dos seguintes parâmetros:
Comprimento da barra de esferas – que pode ser curta ou longa com relação ao comprimento radial do BAM.
Octante – uma vez que o volume de trabalho do BAM é dividido em oito partes.
Inclinação – podendo ser horizontal, vertical ou a 45º.
Distância ao centro do BAM – como a barra de esferas encontra-se em relação ao centro do BAM (próxima ou distante).
Direção – como a barra de esferas está posicionada (radial ou tangencial).
A Tabela 1 traz as 20 posições para a barra de esferas descritas pela norma. Outras posições são aceitáveis desde que ocupem adequadamente o volume de trabalho do BAM[19].
Tabela 1: Posição da barra de esferas.
Para este teste, o artefato utilizado é uma barra de esferas com comprimento centro a centro calibrado. A norma recomenda utilizar 2 barras calibradas com os seguintes comprimentos[13]:
Barra curta: entre 50% e 75% do comprimento radial do BAM.
Barra longa: entre 120% e 150% do comprimento radial do BAM.
Neste teste o volume de uma esfera é dividido em 8 octantes aproximadamente iguais como apresentados na Figura 14, ou seja, o plano equatorial é dividido em 4 quadrantes que criam 8 volumes: 4 no hemisfério superior (octantes numerados de 1 a 4) e 4 no hemisfério inferior (octantes numerados de 5 a 8). O raio da esfera é definido pelo comprimento do BAM e centrado na articulação do 1º encoder [19].
Figura 14: Posição das esferas e divisão em octantes. Fonte: ASME[19].
A barra de esferas é posicionada em 3 orientações: horizontal, vertical e 45° (inclinada). A distância em que a barra de esferas está do centro do volume de trabalho do BAM é definida como [19]:
Próximo ou dentro da metade do comprimento radial do braço.
Distante ou fora da metade do comprimento radial do braço.
Como análise de dados, tem-se que o valor do comprimento centro a centro, Li é
calculado e registrado para cada posição da barra de esferas e como resultados são apresentados o desvio máximo encontrado, a amplitude dos desvios e duas vezes o valor médio quadrático da seguinte maneira:
O desvio (Di) é calculado pela diferença entre o valor encontrado (medido e
corrigido devido à influência da temperatura) e o valor calibrado, de acordo com a Equação 3:
= − ( 3)
A amplitude é calculada pela diferença entre os desvios máximo e mínimo encontrados (Dmáx – Dmín);
O valor 2RMS é calculado de acordo com a Equação 4:
2 = 2 ∑
మ
( 4)
Nesse caso n é número de medições (n = 20).
O parâmetro estatístico RMS é mais robusto do que o desvio máximo, por não ser determinado unicamente por um valor extremo desde que todos os dados sejam incluídos [8].
2.4 INSPEÇÃO SEM CONTATO DE FORMA LIVRE
A Fotogrametria é uma Ciência e Tecnologia que permite a medição de objetos indiretamente a partir de fotografias. Sua aplicabilidade é ampla, podendo ser empregada desde a medição de objetos microscópicos até à superfície da Terra ou de outros planetas. Seu conceito fundamental se baseia na relação entre os referenciais do espaço objeto e do espaço imagem por meio de modelos matemáticos. O principal destes modelos é o modelo de colinearidade, que pode ser escrito na sua forma direta ou inversa [21].
Essa técnica pode ser definida como sendo a ciência, e arte, de determinar o tamanho e a forma de objetos através análise de duas ou mais imagens bidimensionais gravadas em uma
película ou em meios eletrônicos. A ciência é importante, já que a fotogrametria aplica leis da matemática e da física, além do conhecimento técnico dos objetos a serem medidos. Contudo, a componente artística não deve ser negligenciada: a capacidade de obter boas imagens é chave para o sucesso [20].
A fotografia é um processo de projeção do mundo tridimensional (3D) em imagens planas (2D). A câmera é o dispositivo que faz esta transformação ou mapeamento de posições 3D em espaços 2D como mostrado na Figura 15.
Figura 15: Objeto 3D gerando imagem 2D. Fonte: Fryer [20].
A fotogrametria inverte o processo fotográfico citado acima, ou seja, reconstrói a estrutura 3D a partir das imagens 2D, como apresentado na Figura 16. Entretanto, como informações foram perdidas, não se pode reconstruir o objeto 3D com apenas uma imagem 2D. Com um mínimo de duas imagens 2D diferentes (posições ou vistas diferentes) é possível a reconstrução 3D do objeto submetido à medição [20].
Figura 16: Objeto 2D gerando imagem 3D. Fonte: Fryer [20].
Com mais de duas imagens 2D podem ser obtidas informações extras, melhorando a qualidade da reconstrução. As coordenadas 3D dos pontos de interesse são o resultado final da técnica fotogramétrica.
Um dos princípios básicos para a medição de coordenadas de pontos nos objetos é a triangulação, que no caso da Fotogrametria se dá pela intersecção de dois ou mais raios homólogos, cada um formado pelas coordenadas de um ponto na imagem, o centro perspectivo da câmara e a respectiva coordenada do ponto no objeto. Neste sentido, a determinação da correspondência de raios homólogos é imprescindível para a determinação da interseção destes raios [21].
Conhecendo-se os pontos homólogos e as várias disposições geométricas da câmera, é possível calcular a posição 3D de cada um dos pontos. A partir de um ponto em uma imagem pode-se calcular a reta que contém todos os pontos do espaço que podem gerar esta projeção. Idealmente, tendo-se duas imagens de um mesmo ponto, é possível determinar sua posição no espaço através da intersecção das retas geradas a partir de cada imagem, como mostrado na Figura17.
Figura 17: Intersecção da retas. Fonte: Fryer [20].
O princípio fundamental da fotogrametria é: “duas perspectivas do mesmo objeto guardam entre si certa relação geométrica”. Dessa forma, algoritmos especiais identificam as posições de pontos homólogos em cada imagem e usam as informações da posição e orientação da câmera para calcular as coordenadas 3D de um grande número de pontos sobre a peça submetida à medição[22].
A seguir são descritos os passos necessários para a medição de geometrias com essa técnica óptica[20]:
Aquisição das imagens: pode ser realizado tanto por uma única câmera que se localiza sucessivamente em diferentes pontos do espaço (vistas diferentes) como por duas ou mais câmeras.
Processamento de imagens: o processamento deve identificar os pontos homólogos das imagens adquiridas. Posteriormente, algoritmos matemáticos calculam a posição 3D de cada ponto de interesse na superfície do objeto.
Análise dos resultados: as coordenadas dos pontos podem ser usadas para comparar o objeto medido com seu tamanho e forma de projeto (por exemplo, por comparação com o modelo CAD) ou com uma nuvem de pontos adquirida previamente (por exemplo, na avaliação de desgaste de ferramental).
Um problema relevante na medição por fotogrametria é a determinação do tamanho do objeto medido. A nuvem de pontos tridimensional, obtida como resultado do processamento das imagens 2D das câmeras, não poderá ser comparada com a geometria alvejada para o objeto a menos que as coordenadas entre os pontos possam ser expressas em unidades de comprimento. Para que isso seja possível, a imagem deve incluir características de dimensões conhecidas, que permitam ajustar a escala da nuvem de pontos ao tamanho do objeto medido. Sistemas modernos utilizam padrões de comprimento de diversas formas (geralmente unidimensionais), equipados com marcas de referência que possam ser reconhecidas pelo sistema fotogramétrico. Esses padrões devem ser calibrados, atribuindo assim a necessária rastreabilidade às medições realizadas com o sistema [13].
Os sistemas fotogramétricos apresentam vantagens indiscutíveis para medições em campo e para tarefas de engenharia reversa. Podem ser transportados facilmente, não precisam de suportes pesados e, na maioria dos casos, permitem realizar a medição em posição confortável. Devido ao baixíssimo tempo requerido para registrar cada imagem, não são afetados pelas vibrações ambientais nem por deslocamentos relativos entre a peça e o sistema de medição. Além disso, os efeitos da temperatura sobre o instrumento podem ser considerados desprezíveis. Isso os torna fortes candidatos para medição de peças estampadas.
2.5 SISTEMA DE MEDIÇÃO ATOS DA GOM MESSTECHNIK
O sistema ATOS (Figura 18) permite digitalizar superfícies de 40mm2 até 1200mm2 com espaçamento entre pontos de 0,017mm até 0,481mm com precisão absoluta de 0,03mm segundo o fabricante. Para medições com maior área utiliza-se marcadores ou alvos de medição sobre a peça, desta forma o sistema ATOS integra o sistema baseado na fotometria e na digitalização podendo medir peças com até 20m de comprimento com precisão de 0,6mm.
O sistema ATOS é composto por:
• Duas câmeras integradas;
• Tripé ou pedestal;
• Mesa rotativa.
Figura 18: Sistema ATOS. Fonte:Robtec.
Pode-se observar na Figura 19 duas etapas distintas no processo de medição a primeira é a localização dos alvos, pontos em verde gerando desta forma uma nuvem de pontos processo baseado na fotometria e a parte digitalizada através desta integração de princípios de medição pode-se gerar uma malha e não somente uma nuvem de pontos aumentando a riqueza de detalhes e também ser utilizada para engenharia reversa.
Figura 19: Medição utilizando sistema ATOS. Fonte:Robtec.
2.6 VERIFICAÇÃO DO SISTEMA FOTOMÉTRICO
As medições realizadas por fotogrametria estão afetadas por diversas fontes de erros, que contribuem na incerteza de medição. Na Figura 20 são apresentadas, de uma maneira geral, as principais causas de erros na medição com sistemas fotogramétricos. Algumas delas são próprias do princípio de medição, tais como a resolução do sistema que capta as imagens bidimensionais, a textura e cor do objeto a medir, a iluminação ambiente, o número de orientações de tomadas fotométricas.
Figura 20: Diagrama de causa e efeito do sistema fotogramétrico. Fonte: Fryer [20].
Outras fontes atuam também em medições geométricas realizadas por contato (por exemplo, temperatura da peça e definição do sistema de referência). Entretanto, é interessante destacar que o desempenho metrológico dos sistemas fotogramétricos não é completamente conhecido [20]. Consequentemente, a avaliação da incerteza de medições realizadas com esses sistemas não é sólida o suficiente para garantir a rastreabilidade num sentido estrito.
A norma alemã VDI/VDE 2634 estabelece métodos/procedimentos para avaliar o desempenho metrológico de sistemas de medição ópticos [22]:
Está relacionada aos sistemas de visão com amostragem ponto a ponto e descreve métodos de aceitação e verificação para avaliação de incertezas de sistemas ópticos de medição 3D. A definição do parâmetro de qualidade denominado erro máximo admissível para a medição de comprimento é similar ao apresentado na ISO10360-2. Testes separados de erros de ‘apalpação’ não são requeridos uma vez que esse efeito já está considerado na determinação do erro de medição de comprimento.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização do estudo foi selecionado a peça ponteira do para-choque Figura 21, as regiões escolhidas foram definidas de acordo com as áreas de montagem da peça, cabe salientar que a mesma possui formato completo e não possui features (planos, linhas, círculos, etc.) para a realização da medição e referenciamento , tornando o procedimento de medição mais complexo e dependente do operador.
Figura 21: Peça em estudo. Fonte: Arquivo Pessoal.
3.1 ESTUDO DE R&R NO BAM
Para amenizar as variações sujeitas ao operador foram marcados os pontos na peça para a realização dos ensaios, foram selecionados três operadores que usualmente realizam as medições no sistema em análise.
Para os ensaios realizados relativo ao BAM foram seguidas as recomendações da norma ISO/TS 16949 que traz no item 7.6 os estudos estatísticos para análise de variações existentes nos resultados de cada tipo de sistema de medição e equipamento de teste.
Seguindo as recomendações da norma citada foi realizado na empresa Bruning Tecnometal S/A três estudos de R&R(Repetitividade e Reprodutibilidade) utilizando BAM
modelo ARM Sigma 2035 Romer com 6 encoders configuração 2-2-2 (Figura 22), os estudos tem por objetivo avaliar a capacidade do BAM em medir superfícies complexas em condições reais de utilização, sendo que a avalição conforme a norma ASME B89.4.22-2004 é informada pelo fabricante, ver Anexo A, e tendo uma incerteza de 0,034mm.
Figura 22: BAM utilizado para os ensaios. Fonte: Arquivo Pessoal.
O cálculo de R&R foi realizado conforme a planilha de MSA 4º edição, ver Anexo B, gerando três estudos, a tolerância de forma da peça é de 1mm.
Como citado anteriormente os estudos foram realizados conforme as recomendações do manual de análise dos sistemas de medição MSA (Meansurement System Analysis).Foi utilizado um estudo com cinco peças, três operadores, três vezes cada.
O estudo de MSA permite:
Estimar o desvio padrão do erro de repetitividade ou variação devida ao sistema de medição em operação normal.
Estimar a contribuição dos operadores do sistema de medição para a variação total do processo de medição ou erro de reprodutibilidade.
Verificar a importância das tendências e inconsistências entre as medições feitas por diferentes operadores.
A avaliação dos dados baseia-se no método da média e da amplitude, compreendendo uma análise numérica e uma gráfica. A primeira é baseada em índices calculados com relação à tolerância da característica sob análise, enquanto a segunda usa gráficos de controle de médias e amplitudes que permitem avaliar a tendência entre os operadores e a consistência das medições respectivamente [23].
Para o estudo o primeiro operador realizou a medição das 5 peças, e o mesmo repetiu o processo mais duas vezes, o processo foi feito com os outros dois operadores, a Figura 23 mostra o processo sendo realizado. Todos os ensaios foram realizados sob condições ideais de temperatura, umidade, vibração, iluminação e limpeza.
Figura 23: Processo sendo realizado no BAM. Fonte: Arquivo Pessoal.
3.2 ESTUDO BASEADO NA FOTOGRAMETRIA
Para a realização do estudo fotométrico as mesmas peças da análise do BAM foram utilizadas, o ensaio foi realizado na empresa Cimacad-Senai em Joinville com três peças sendo os pontos de medição marcados em todas as peças, para posterior análise e comparação entre os sistema, levando em análise oito pontos específicos marcados na peça.
Para comparação entre os sistemas de medição MMC x sistema fotométrico, as medições realizadas na MMC modelo BLN710 foram tomadas como referência sendo que é calibrada como padrão rastreado pela RBC(Rede Brasileira de Calibração), conforme certificado, ver Anexo C.
3.2.1 Medição com o Sistema ATOS
Para a realização dos ensaios foram colados os alvos na peça e em seguida foi passado uma resina branca sobre a toda a superfície para tirar o brilho do material e não ocorrer distorções nos resultados da medição (Figura 24).
Figura 24: Preparação da peça. Fonte: Arquivo Pessoal.
Após a preparação da peça iniciou-se o processo de captura das imagens (Figura 25) e a criação da nuvem de pontos obtida através dos alvos colados, para posterior comparação com o arquivo CAD da peça.
Figura 25: Medição da peça com sistema ATOS. Fonte: Arquivo Pessoal.
3.2.2 Medição com o MMC
Para os ensaios realizados com a MMC (Figura 26) os mesmos pontos marcados para o sistema fotométrico foram utilizados, porém pode ter ocorrido uma variação que acredita-se não ser superior a um diâmetro de 3mm em relação aos alvos utilizados no sistema fotométrico, acredita-se que está pequena variação na coleta de pontos não seja significativa nos resultados obtidos, sendo que desta forma será ignorada qualquer possível variação.
Figura 26: Medição da peça na MMC. Fonte: Arquivo Pessoal.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 ANÁLISE DO ESTUDO DE R&R COM BAM
Como os três pontos avaliados nas peças usadas durante o estudo não representavam a faixa esperada de variação da peça (VP), sendo assim não será considerada a porcentagem de variação do processo, levando em análise apenas a variação em função da tolerância.
Conforme mostrado na Figura 27, a amplitude obtida pelo operador A na peça 3, evidencia a existência de um erro grosseiro, o valor do R&R em relação a tolerância de forma de 1mm é 33,77% o que torna o sistema de medição não aceitável de acordo com o manual de MSA.
Figura 27: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto1. Fonte: Arquivo Pessoal.
Conforme mostrado na Figura 28, a amplitude obtida pelo operador C na peça 2, evidencia a existência de um erro grosseiro, juntamente com uma média anormal do operador A nas peças 2 e 3 o valor do R&R em relação a tolerância de forma de 1mm é 52,15% o que torna o sistema de medição não aceitável de acordo com o manual de MSA.
Figura 28: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto 2. Fonte: Arquivo Pessoal.
Conforme mostrado na Figura 29, a amplitude obtida pelo operador C na peça 3, evidencia a existência de um erro grosseiro, juntamente com uma média anormal dos operadores A e B na peça 2 o valor do R&R em relação a tolerância de forma de 1mm é 48,64% o que torna o sistema de medição não aceitável de acordo com o manual de MSA.
Figura 29: Gráfico de controle da média e amplitude, ponto 3. Fonte: Arquivo Pessoal.
Com o estudo pode-se notar a importância do operador no processo de medição tendo em vista que o operador B é o mais experiente e apresentou menores índices de variação , porém os três operadores produziram valores atípicos no resultado o que é um indicativo que se acontece isso em um estudo certamente no dia-a-dia deve haver o mesmo problema.
Fazendo novamente o estudo Figura 30, em apenas um ponto com três operadores experientes pode-se notar ainda variações grosseiras, e alterando os valores atípicos dos três estudos acima, podemos concluir que o BAM ensaiado não deveria ser utilizado para características de desvio de forma inferiores a 1,5mm, vale salientar que o estudo é específico para medição de peças repuxadas sem a possibilidade de referenciamento através de features.
Os valores encontrados no desvio padrão de repetitividade em torno de 0,07 mm é o dobro do valor informado pelo fabricante, porem levando em consideração a complexidade da peça estudada mesmo tendo dimensões em torno de 500x400mm pode-se julgar os valores como sendo aceitáveis.
Figura 30: Gráfico de controle da média e amplitude. Fonte: Arquivo Pessoal.
4.2 ANÁLISE DOS ESTUDOS DO SISTEMA FOTOMÉTRICO
Através do gráfico mostrado na Figura 31, os resultados dos ensaios estão nos Anexos D, E e F , são apresentados os desvios encontrados no estudo através do desvio médio observado pelos dois sistemas, MMC e sistema fotométrico o valor é positivo próximo de 0,25mm indicando excesso de material na maioria dos pontos.
Figura 31: Desvios encontrados. Fonte: Arquivo Pessoal.
O sistema ATOS apresenta uma ligeira tendência a superestimar o desvio positivo e negativos. Uma análise mais detalhada é possível subtraindo os desvios informados pelo sistema ATOS e MMC, gerando desta forma um gráfico de controle das diferenças, mostrado na Figura 32, pode-se notar dois pontos atípicos no gráfico que provavelmente é devido ao sistema de referenciamento utilizado para realização do estudo.
Figura 32: Gráfico de controle das diferenças. Fonte: Arquivo Pessoal.
-2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Va lor (m m ) MMC ATOS -0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 1 2 3 4 5 6 7 8 Des vio (m m ) Variação Média
A variação média encontrada pelo ATOS apresenta é de 0,033mm com relação a MMC, os resultados obtidos permitem concluir que os erros atribuíveis ao sistema o são pequenos se comparados com o desvio apresentado pela peça com referência ao modelo CAD e próximo dos valores informados pelo fabricante que é de 0,03mm para peças estampadas. A partir desses resultados, pode-se afirmar que o sistema ATOS é metrologicamente adequado para medição de peças estampadas de formas livres, com tolerâncias de perfil iguais ou maiores de 0,5 mm (amplitude total).
Pode-se observar que o sistema ATOS é uma opção convidativa para medição de peças estampadas. Suas principais vantagens são a portabilidade, a ausência de problemas associados à fixação, a rapidez com que a peça é preparada e medida e, consequentemente, a baixa exposição do operador a posturas desconfortáveis e situações de risco. Assim, é apropriado para realizar medições no local em que a peça é fabricada e executar tarefas de engenharia reversa em localizações remotas ou adversas.
CONCLUSÃO
Uma das conclusões desse estudo é que o BAM não pode ser utilizado para o controle de parâmetros com tolerâncias estreitas, observou-se que a variação total atribuída ao processo de medição supera as especificações dadas pelo fabricante . Mostrou-se que uma fração importante da variação detectada é decorrente das diferenças entre operadores, a qual leva à necessidade de melhorar os treinamentos e harmonizar os procedimentos de medição.
Outro ponto relevante apresentado no trabalho diz respeito à utilização de métodos ópticos de medição. Devido principalmente à velocidade de medição, grande quantidade de detalhes capturados e portabilidade, estes sistemas estão sendo cada vez mais empregados para o controle dimensional de superfícies de formas livres de médio porte.
Medições feitas na MMC de tipo portal, foram consideradas como referência para determinar os erros próprios do sistema ATOS. O estudo mostrou que o desempenho metrológico do sistema fotogramétrico é completamente aceitável para medição de peças estampadas de médio porte com tolerância de superfície de 0,5mm ou mais.
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