Sistemas de Teste para Avaliação de Máquinas de Medir por Coordenadas

Transcrição

1 Sistemas de Teste para Avaliação de Máquinas de Medir por Coordenadas

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3 Conteúdo desta Apresentação 1. Calibração e correção de erros em Máquinas de Medir por Coordenadas 2. Verificação periódica de Máquinas de Medir 3. Sistema Integrado de Testes para calibração e verificação periódica de Máquinas de Medir 4. Padrões para Máquinas de Medir por Contato 5. Padrões para Máquinas Ópticas 6. Acessórios 7. Aplicativos Computacionais

4 Conteúdo desta Apresentação Este material informa sobre sistemas integrados de teste para avaliação metrológica de diversas máquinas medir por coordenadas, tais como: Máquinas de Medir Cartesianas Tipo Portal Máquinas de Medir Cartesianas de Grande Porte Braços de Medição e Lasers Trackers Máquinas de Medir Ópticas 2D e 3D e Multisensor Sistemas de Medição por Fotogrametria Sistemas de Medição por Projeção de Luz Branca Máquinas de Medir por Tomografia de Raios X

5 Antes de iniciar esta apresentação, pense rapidamente nas questões colocadas nas páginas a seguir...

6 Leica Faro Zeiss Ogp Mitutoyo Hexagon Nikon Gom Qual a função e a importância das máquinas de medir na sua empresa?

7 Leica Faro Zeiss Ogp Mitutoyo Hexagon Nikon Gom Sua empresa conseguiria produzir sem estas máquinas de medir?

8 Qual o investimento feito na aquisição da máquina e acessórios, preparação de ambientes, qualificação de pessoal, e na manutenção de todo o sistema?

9 Qual o risco e o custo se, a qualquer momento, por qualquer motivo, as máquinas passam a medir com erros acima do especificado?

10 Qual o risco de não inspecionar a máquina após a ocorrência de uma anormalidade?

11 Qual o custo e risco existente com intervalos de calibração mal definidos, sejam muito longos ou muito curtos?

12 Qual o risco de não verificar a exatidão da máquina de medir de no período entre calibrações?

13 Qual o custo e o risco de atuar somente de modo preventivo ou corretivo, deixando de lado o monitoramento preditivo?

14 Continue pensando nessas questões e conheça agora sistemas que podem evitar grandes problemas, reduzir custos, otimizar a exatidão das suas medições e melhorar a qualidade dos seus processos e produtos.

15 1 Calibração e Correção de Erros em Máquinas de Medir por Coordenadas

16 As Máquinas de Medir por Coordenadas passam por testes de Avaliação de Performance normalmente a cada ano com os objetivos de: Determinar os erros geométricos, ajustar a máquina e atualizar a matriz de correção de erros por software; Assegurar que os erros de medição no volume da máquina estejam dentro da sua especificação de erro máximo (ISO ).

17 Para determinar as fontes de erro da máquina devem ser empregados padrões e métodos de teste com capacidade de revelar os erros geométricos da máquina. Estes erros serão utilizados para implementar correções na máquina: mecanicamente, eletronicamente e/ou por software. Máquina Ensaios Erros

18 Para assegurar que as correções dos erros geométricos tenham sido eficientes, a máquina é submetida a testes de exatidão volumétrica (ISO ), medindo padrões em diversas posições do seu volume de trabalho. Erros Os erros encontrados devem estar abaixo da especificação de erro máximo da máquina (MPE).

19 Seja qual for o objetivo do teste, devem ser empregados padrões dimensionais adequados e procedimentos técnicos consistentes para revelar de modo detalhado e confiável o estado geométrico da máquina de medir. As informações obtidas nos testes são de altíssima responsabilidade pois irão determinar a exatidão com que a máquina irá operar.

20 2 Verificação Periódica de Máquinas de Medir por Coordenadas

21 Dentro do período entre calibrações as máquinas de medir por coordenadas podem apresentar instabilidades no seu comportamento metrológico, devido a fatores internos e externos à máquina, tais como: Imperfeições construtivas e desgaste de componentes Acomodação de fundações e solo Colisões e Alterações estruturais Vibrações e variações de temperatura Dentre outros.

22 Estas instabilidades podem deixar a máquina de medir fora de sua especificação de erro muito antes do momento da calibração anual e atualização de sua correção geométrica. Erro Máximo Permissível da Máquina (MPE) Erro Máximo Permissível da Máquina (MPE) Erro volumétrico após 3 meses de calibração e correção da máquina Erro volumétrico após 9 meses de calibração e correção da máquina

23 Assim, tão importante quanto calibrar a máquina, é necessário monitorar o comportamento metrológico das máquinas de medir através de testes frequentes. Estes testes podem gerar informações muito importantes para tomar ações como: Estabelecer uso mais criterioso da máquina Adequar os ambientes de medição Redução do intervalo entre calibrações Ampliação do intervalo entre calibrações Orientar ações de manutenção periódica Estabelecer um monitoramento preditivo de falhas

24 3 Sistema de Testes para Calibração e Verificação Periódica de Máquinas de Medir por Coordenadas

25 Sistemas de Teste para Calibração e Verificação de Máquinas de Medir Para a Calibração e Verificação frequente da exatidão de máquinas de medir há a necessidade de um sistema de teste integrado, composto por alguns componentes: - Padrões dimensionais; - Procedimento de ensaio; - Aplicativo computacional.

26 Para a eficiência do sistema de testes é necessário que estes componentes apresentem alguns requisitos: - O Padrão Dimensional deve apresentar geometria e tamanho adequados ao tipo de ensaio e de máquina de medir e possuir rastreabilidade metrológica; - O Procedimento de Ensaio deve ser prático e rápido de aplicação, que viabilize a realização de testes frequentes; - O Aplicativo Computacional deve ser capaz de processar os dados obtidos nos testes e emitir diagnósticos conclusivos sobre a exatidão e estabilidade da máquina.

27 A Photonita em parceria com a empresa Trapet Engineering da Alemanha traz ao Brasil o mais completo e avançado conjunto de sistemas de teste para avaliação e calibração de máquinas de medir por coordenadas por contato e ópticas.

28 Conceito dos Sistemas de Teste Os sistemas são compostos de diversos tipos de padrões dimensionais, procedimento de teste e software de processamento de análise de resultados, aplicados em: Máquinas de Medir Cartesianas Máquinas de Medir Ópticas 2D e 3D Máquinas de Medir Multisensor Máquinas de Medir articuladas (Braços de Medição) Lasers Trackers Máquinas de Medir por Tomografia de Raios X Máquinas de Medir por Fotogrametria Máquinas de Medir por Projeção de Luz Branca

29 Conceito dos Sistemas de Teste O conceito do sistema alia alta exatidão e versatilidade dos padrões com procedimentos de teste práticos e processamento computadorizado de resultados para a obtenção dos erros de medição e diagnóstico da máquina. Padrão Dimensional Calibrado com dimensão e geometria adequada ao tipo de máquina e ensaio Aplicativo Computacional para processamento de resultados, emissão de relatórios e acompanhamento do histórico da máquina Procedimento de Ensaio definido e padronizado para o mapeamento confiável e prático dos erros da máquina

30 Tipos de Padrões Escala linear Barra Linear 1D Barra Linear 3D Escala linear óptica Plano padrão Barra Linear Segmentada Tetraedro Cubo de Esferas Placa de Esferas

31 Tipos de Padrões

32 4 Padrões para Máquinas de Medir por Apalpação de Contato

33 4.1 Barra de Esferas Descrição: Barra com esferas de cerâmica de alta precisão fixadas em estrutura de fibra de carbono de alta rigidez e baixo peso, calibrada em laboratório acreditado na Rede Alemã de Calibração DKD. Características geométricas dos padrões: Dimensões lineares de 80 mm a 2500 mm. Modelos de 9 a 51 esferas. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0006*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para correção de máquinas e verificação periódica de erros em máquinas de medir por contato de pequeno a médio porte, atendendo a norma ISO

34 4.1 Barra de Esferas

35 4.2 Barra de Esferas Segmentada Descrição: Barra com esferas de cerâmica de alta precisão fixadas em estrutura de fibra de carbono de alta rigidez e baixo peso, calibrada em laboratório acreditado na Rede Alemã de Calibração DKD. A estrutura do padrão é segmentada, tornando o padrão montável de acordo com a necessidade de ensaio e transporte, com alta precisão no reposicionamento das esferas nas montagens. Características geométricas dos padrões: Dimensões lineares de 1000 mm a mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0006*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para correção de máquinas e verificação periódica de erros em máquinas de medir de médio a grande porte, laser tracker, teodolitos, etc.

36 4.2 Barra de Esferas Segmentada

37 4.3 Placa de Esferas em L Descrição: Placa de esferas de fibra de carbono em formato de L, com esferas de cerâmica de alta precisão em posição calibrada, com dispositivo de fixação e inclinação para posicionamento horizontal e vertical, e caixa para armazenamento e transporte Características geométricas dos padrões: Dimensões de 300x300 mm até 1000x1000 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0006*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para correção de máquinas e verificação periódica de erros em máquinas de medir de pequeno a médio porte, atendendo a norma ISO

38 4.3 Placa de Esferas em L

39 4.4 Tetraedro Descrição: Padrão tridimensional de fibra de carbono em formato de Tetraedro com 04 esferas de alta precisão em posição calibrada nos vértices, e alinhadas com os eixos do tetraedro. Com dispositivo de fixação e caixa de armazenamento e transporte. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 350 mm até 1000 mm de aresta com esferas de 3 a 18 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,3 + 0,0008*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Verificação periódica de erros em máquinas de medir por contato e multisensor de pequeno a médio porte, com muita praticidade e rapidez.

40 4.4 Tetraedro

41 4.5 Cubo de Esferas Descrição: Padrão tridimensional de fibra de carbono em formato de cubo com 08 esferas de alta precisão em posição calibrada nos vértices, e alinhadas com os centros das barras de fixação. Com dispositivo de fixação e caixa de armazenamento e transporte. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 350 mm até 900 mm de aresta com esferas de 15 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0008*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para correção de máquinas e verificação periódica de erros em máquinas de medir de pequeno a médio porte, com muita praticidade e rapidez, atendendo a norma ISO

42 4.5 Cubo de Esferas

43 4.6 Barra de Esferas 3D Descrição: Padrão tridimensional linear de fibra de carbono de alta precisão em posição calibrada no espaço. Com dispositivo de fixação e caixa de armazenamento e transporte. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 500 mm até 1800 mm com esferas de 18 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,3 + 0,0008*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para manutenção e para correção de máquinas, bem como verificação periódica de erros em máquinas de medir de pequeno a médio porte, atendendo a norma ISO

44 4.6 Barra de Esferas 3D

45 5 Padrões para Sistemas de Medição Ópticos e Multisensor

46 5.1 Escalas Ópticas Lineares Descrição: Escala óptica fabricada em Robax (expansão térmica próximo a zero) com estrutura de fibra de carbono. Divisão de escala de 2 mm e espessura do traço da escala de 0,04 mm. Com caixa de armazenamento e transporte Características geométricas dos padrões: Dimensões de 100 mm até 970 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,2 + 0,0008*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros em projetores de perfil e máquinas de medir ópticas e multisensor, bem como verificação periódica de erros em máquinas de medir de ópticas de pequeno a médio porte atendendo à norma ISO (2011).

47 5.1 Escalas Ópticas Lineares

48 5.2 Padrão Escalonado Óptico Descrição: Padrões lineares com alvos ópticos ou esferas de superfícies foscas em posições calibradas, fixados em estrutura de fibra de carbono. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 100 mm até 2500 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0006*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros em projetores de perfil e máquinas de medir ópticas e multisensor, bem como verificação periódica de erros em máquinas de medir de ópticas de pequeno a médio porte, e sistemas de visão computacional empregados em medição em processo atendendo à norma ISO (2011).

49 5.2 Padrão Escalonado Óptico

50 5.3 Placa de Esferas Descrição: Placa de fibra de carbono em formato de L, com esferas de cerâmica de alta precisão com superfície de baixa dispersão óptica. Com elemento refletor para medir as esferas com iluminação de fundo, dispositivo de fixação e inclinação para posicionamento horizontal e vertical, e caixa para armazenamento e transporte Características geométricas dos padrões: Dimensões de 300x300 mm até 1000x1000 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,4 + 0,0006*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros para correção de máquinas ópticas e multi sensor e verificação periódica de erros em máquinas de medir de pequeno a médio porte, atendendo a norma ISO

51 5.3 Placa de Esferas

52 5.4 Tetraedro Descrição: Padrão tridimensional de fibra de carbono em formato de Tetraedro com 04 esferas de alta precisão em material vitreo cerâmico ou rubi com superfície de baixa dispensão óptica. Com dispositivo de fixação e caixa de armazenamento e transporte. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 350 mm até 1000 mm de aresta com esferas de 3 a 18 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,3 + 0,0008*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Verificação periódica de erros em máquinas de medir multisensor de pequeno a médio porte, com muita praticidade e rapidez.

53 5.4 Tetraedro

54 5.5 Padrões para Fotogrametria Descrição: Padrões lineares e em formato de placa com alvos ópticos circulares de 10 mm em posições calibradas, fixados em estrutura de fibra de carbono. Com caixa para armazenamento e transporte. Características geométricas dos padrões: Dimensões de 500 mm até 2000 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 1,0 + 0,001*L (L = dimensão do padrão em mm) Aplicação: Mapeamento de erros e verificação periódica em sistemas de medição por fotogrametria, bem como máquinas ópticas em geral, de pequeno a médio porte.

55 5.5 Padrões para Fotogrametria

56 5.6 Padrões para Projeção de Franjas e Laser Scanning Descrição: Barra de esferas de alta precisão de comprimento calibrado e plano de precisão para sistemas de medição por projeção de luz estruturada e laser scanning segundo norma alemã VDI-VDE (probing, spacing and flatness) atendendo a norma ISO Características geométricas dos padrões: Barras de esferas de 70 a 500 mm, com esferas de 25 mm a 50 mm Planos com dimensões até 500 x 100 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 1,2 + 0,001*L (L = distância entre esferas em mm) Diâmetro e forma das esferas = 0,8 Forma do Plano = 0,5 Aplicação: Mapeamento de erros e verificação periódica em sistemas de medição por projeção de luz estruturada e laser scanning.

57 5.6 Padrões para Projeção de Franjas e Laser Scanning

58 5.7 Padrões para Tomógrafos Industriais Descrição: Mini-tetraedros com esferas de rubi mutuamente apoiadas e fixadas por dispositivo de fibra de carbono; Tetraedros de fibra de carbono com esferas de cerâmica. Mini barras de esferas fixadas no espaço através de dispositivo de fibra de carbono. Características geométricas dos padrões: Mini-tetraedro com esferas de dimensões de 6 ou 10 mm, mutuamente apoiadas. Tetraedro de fibra de carbono com dimensões de aresta de 300 mm a 600 mm. Barras com esferas de 2 mm espaçadas de 10 a 20 mm. Incerteza de Calibração ( m) U = ± 0,3 + 0,0008*L (L = distância entre esferas em mm) Aplicação: Mapeamento de erros e verificação periódica em sistemas de medição por tomografia computadorizada industrial.

59 5.7 Padrões para Tomógrafos Industriais

60 6 Acessórios

61 Dispositivos de Posicionamento A Trapet Precision possui diversos dispositivos destinados a fixar e movimentar barras de esferas e escalas ópticas no volume de trabalho das máquinas de medir.

62 Dispositivos de Posicionamento

63 7 Aplicativos Computacionais

64 7.1 QuickCheck

65 Aplicativos Computacionais Para o processamento dos dados obtidos nos ensaios e a obtenção de mapa de erros das máquinas e diagnósticos de conformidade às especificações de erro máximo a Trapet Engineering possui vários aplicativos computacionais que operam integrados aos padrões dimensionais. QuickCheck CalCom++ Virtual CMM

66 7.1 QuickCheck O QuickCheck é um aplicativo computacional desenvolvido em ambiente MS Excel para processar os dados obtidos nos ensaios com os padrões e calcular os erros de medição de comprimentos no espaço e erros paramétricos da máquina, e avaliar a estabilidade da máquina ao longo do tempo.

67 7.1 QuickCheck Os aplicativos permitem arquivar e resgatar os resultados dos testes ao longo do tempo, possibilitando visualizar o histórico dos erros e avaliar a estabilidade da máquina, de modo similar a gráficos de controle empregados em controle estatístico de processos.

68 7.1 QuickCheck Histórico dos Erros de Escala nos Eixos X, Y e Z

69 7.1 QuickCheck Histórico dos Erros de Perpendicularidade

70 7.1 QuickCheck Histórico dos Erros Volumétricos

71 7.1 QuickCheck Os dados dos ensaios são introduzidos de modo simples e muito rápido já que poucos valores de comprimento são transferidos do software da máquina para o QuickCheck. O tempo de teste e processamento dos resultados leva de 15 a 45 minutos, para obter um diagnóstico muito detalhado da máquina. Para máquinas de maior porte o teste pode ser feito deslocando-se o padrão.

72 7.1 QuickCheck Nos ensaios com cubos de esferas (ball cube), são calculados os 21 erros paramétricos da máquina e o erro de medição volumétrico da máquina é avaliado em cerca de 200 distâncias combinadas entre as 8 esferas do padrão.

73 7.1 QuickCheck Resultados gráficos dos erros volumétricos encontrados em máquina de grande porte (ISO ) empregando barra de esferas segmentada.

74 7.2 CalCom++

75 7.2 CalCom++ O CalCom++ é um software avançado desenvolvido para a avaliação dos parâmetros de correção de erros em máquinas de medir por coordenadas e para uma análise completa das suas fontes de erros geométricos.

76 7.2 CalCom++ Para a avaliação da máquina com o CalCom++ são empregados padrões 2D do tipo placas de esferas ou placas com alvos ópticos em posição calibrada.

77 7.2 CalCom++ A medição destes padrões 2D em 5 diferentes posições e orientações espaciais na máquina irá permitir ao CalCom++ calcular os erros da máquina pela comparação entre a posição medida com as posições calibradas das esferas ou alvos ópticos.

78 7.2 CalCom++ Aplicando algortimos de cálculo avançados, o CalCom++ determina todos os 21 erros paramétricos da máquina: Erros de posicionamento linear em X, Y e Z Erros de retitude no deslocamento dos eixos X, Y e Z Erros angulares (row, pitch, yaw) no deslocamento dos eixos X, Y, Z Erros de perpendicularidade entre os eixos X, Y e Z

79 7.2 CalCom++ Cada um destes 21 erros pode ser visualizado de modo numérico ou gráfico ao longo do volume de medição da máquina. 21 erros paramétricos

80 7.2 CalCom++ A partir dos erros determinados, o software gera os parâmetros para atualização da matriz de correção de erros da máquina, em formato exc, padronizado pelo PTB (Alemanha) e utilizado por vários fabricantes de máquinas. [ZRZ] U_LINEAR = GRIDPOINTS = { } [XWY] U_CONSTANT = VALUE = [XWZ] U_CONSTANT = VALUE = [YWZ] U_CONSTANT = VALUE = [XRXZ] U_CONSTANT = VALUE = _. [ALFAX] U_CONSTANT = VALUE = [ALFAY] U_CONSTANT = VALUE = [ALFAZ] U_CONSTANT = VALUE = [TMATRIX] U_CONSTANT = VALUE =

81 7.2 CalCom++ O CalCom++ permite simular o efeito da correção de erros sobre a melhoria da exatidão da máquina ao se utilizar os parâmetros de correção determinados para atualizar a matrix de correção da máquina. Erro máximo na máquina testada: 70 m Erro máximo após a máquina corrigida : 1,2 m

82 7.2 CalCom++ O programa orienta e gerencia todo o procedimento de teste, sendo bastante prático de aplicação. A entrada dos dados é simples na forma de arquivo de texto com as coordenadas medidas das esferas ou alvos. O tempo de teste para uma máquina de médio porte varia de 1,5 h para uma máquina óptica de pequeno porte até cerca de 5 h para uma máquina com apalpação de contato de grande porte.

83 7.3 Virtual CMM

84 7.3 Virtual CMM O Conceito de Máquina de Medir Virtual O procedimento empregado no teste com placas de esferas eo programa CalCom++ permite um mapeamento detalhado dos erros da máquina. Estes erros podem alimentar de informações um software de simulação de medições tridimensionais, de tal modo que é possível avaliar de modo simulado a incerteza da medição da máquina para tarefas específicas de medição. Este método é conhecido como Máquina de Medir Virtual e é o modo mais efetivo e rápido de garantir rastreabilidade metrológica para tarefas específicas de medição tridimensional.

85 7.3 Virtual CMM O Conceito de Máquina de Medir Virtual Máquina real Testes com Calcom++ Mapeamento de todos os erros Erros mapeados Máquina Virtual Software de Simulação alimentado dos erros da máquina

86 7.3 Virtual CMM O Conceito de Máquina de Medir Virtual Máquina Virtual Tarefas de medição: Geometria Erro de forma Posição de fixação Estratégia de apalpação Etc. Máquina Real Medição Simulada Estimativa da incerteza para cada tarefa e estratégia Medição Real Incertezas Resultados

87 Conclusões Sistemas de testes integrados por padrões e aplicativos computacionais possibilitam a aplicação de testes periódicos em máquinas de medir por coordenadas, pois os procedimentos tornam-se mais claros e rápidos de aplicação. Procedimentos realizados com base em padrões otimizados para o tipo de teste permitem verificações muito práticas e rápidas. Aplicativos computacionais integrados aos padrões agilizam o processamento e a interpretação de resultados, bem como o acompanhamento do histórico das máquinas.

88 Conclusões A Trapet Engineering da Alemanha possui mais de 30 anos de experiência no desenvolvimento de soluções para a calibração de máquinas de medir por coordenadas e, em parceria com a Photonita, traz ao Brasil a sua linha de padrões e aplicativos computacionais para testes de máquinas.

89 Informações adicionais Rod. SC 401 km 01 Parque Tecnológico Alfa Ed. CELTA 303 Florianópolis SC Fone: