- Solução de problemas complexos de aquisição e processamento dos dados, viabilizando tecnicamente a medição;

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1 Capítulo 10 AUTOMAÇÃO DO CONTROLE DIMENSIONAL 10.1 INTRODUÇÃO A utilização do computador na metrologia dimensional e/ou controle de qualidade geométrica não é uma questão de racionalização de mão-de-obra e sim, em primeiro plano, a própria viabilização econômica e/ou técnica da medição. Através do computador, seja ele dedicado (embutido no sistema de medição) ou de uso genérico (microcomputador) alcança-se: - Redução dos erros de medição de forma a tornar o instrumento adequado (à tarefa de controle geométrico; - Rapidez, de forma que o processo tornar-se economicamente viável dentro do processo produtivo; - Solução de problemas complexos de aquisição e processamento dos dados, viabilizando tecnicamente a medição; - Viabilização de manipulação de grande volume e em curto intervalo de tempo, de forma a produzir informações sobre o andamento (instantâneo) do processo produtivo; - Simplificação da mecânica e da eletrônica tornando os sistemas de medição relativamente mais baratos. Figura 10.1: CQ-dimensional ; Medição diferencial. 1

2 A tendência que se observa no campo do controle de qualidade geométrico é visualizada na figura A informação sobre a situação geométrica do componenteproduto é buscada com o intuito de verificar se a peça está dentro ou fora das tolerâncias, isto é, se é boa ou não. O controle dimensional do produto acabado, como única operação de controle na processo produtivo, pode ser altamente prejudicial em função de refugo de grandes lotes e de ser altamente sujeito a erros. Isto faz com que estações de controle sejam levadas junto ao processo de usinagem com o intuito de identificar, mais cedo, o aparecimento de peças fora de comportamento dos meios de produção e, através de realimentação, corrigir o processo de forma que não se efetive o aparecimento de dimensões fora de tolerâncias, isto é, produção com refugo zero. Exemplos são os sistemas automatizados de controle estatístico junto ao processo de fabricação. Na seqüência, é feita uma abordagem acerca das estações computadorizadas de medição e das técnicas de integração da medição nos processos de fabricação ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS DE MEDIÇÃO As estações independentes e automatizadas com o uso do computador buscam um ou mais objetivos citados no item primeiro. Destacam-se as que operam: a) Pelo método diferencial Com a utilização de um ou múltiplos transdutores elétricos de deslocamento (figura 10.2) é possível realizar com grande rapidez o controle geométrico de diversos parâmetros, emitindo-se de forma imediata um laudo sobre o componente ou sobre o lote de peças controlado. Figura 10.2: Medição de deslocamento usada no controle dimensional de peças. b) Pela técnica de medição por coordenadas A máquina de medir por coordenadas (figura 10.3) é o sistema de medição mais universal existente. A sua viabilização prática deu-se em função do computador, que assume os complexos e extensivos cálculos da geometria a partir das coordenadas de pontos sobre a superfície a caracterizar. Nas configurações mais modernas, além de 2

3 assegurar pequena incerteza de medição em um grande volume de trabalho, o operador ensina o sistema medindo um padrão e posteriormente a máquina realiza automaticamente o completo controle dos demais componentes a controlar. Figura 10.3: Máquina de medir coordenadas (tridimensional). c) Aplicando recursos eletroópticos Com o intuito de, entre outras razões evitar retroação sobre o objeto, de simplificar ou eliminar dispositivos de medir durante uma operação de fabricação ou transporte, desenvolvem-se intensos trabalhos de pesquisa em sistemas de medição eletroópticos, utilizando laser, fotodetetores, câmaras de vídeo, etc. Um exemplo de sistema de medição por varredura a laser é mostrado na figura Este sistema é capaz de medir a dimensão de uma peça cerca de 250 vezes por segundo em uma faixa de operação de até 40 mm com incerteza de medição de ± 5 µm. Além de atender situações estáticas, onde a peça a medir está parada, este sistema é também adequado a medição em processos contínuos, como por exemplo a extrusão, onde o elemento fabricado pode passar pelo sistema de medição com velocidades de até 120 km/h. Este sistema possui recursos estatísticos para avaliar o valor médio, máximo, mínimo e a dispersão do lote de peças medindo (ou do trecho amostrado no caso de processos contínuos). Outra característica interessante é o fato deste sistema comparar o valor medido com um valor de referência e enviar um sinal analógico proporcional a esta diferença que é muitas vezes usado para realimentar a máquina e corrigir os desvios do processo. 3

4 Figura 10.4: Micrômetro laser CONTROLE DIMENSIONAL NO PROCESSO De acordo com a figura 10.5, pode-se classificar os modos de realização do controle de qualidade dimensional das peças em função da localização e atuação de medição relativamente à unidade de fabricação. O objetivo dos sistemas será assegurar a qualidade dimensional e elevar o grau de utilização dos meios de produção (reduzir custos), sendo o segundo, por vezes, o resultado mais significativo do método. Figura 10.5: Controle de qualidade dimensional ; localização das estações de medição Controle próximo à Unidade de Fabricação Especialmente quando se trata da usinagem de peças complexas, o início da produção de um lote só é liberado após a aprovação da peça piloto. O controle dimensional correspondente é realizado, em geral, na sala de metrologia do setor. Este procedimento, 4

5 bastante demorado pode ser otimizado com um sistema como configurado na figura A máquina de medir por coordenadas seguir um programa de medição préestabelecido, e os resultados são levados máquina-ferramenta correspondente através da rede de comunicação. Esta etapa antecipa significativamente o início da fabricação, eleva a segurança das informações e permite realimentar automaticamente o comando numérico (CNC) com valores que otimizam a incerteza da fabricação. Esta técnica pode ser estendida a outras amostras durante a produção do lote, sendo, neste caso, a operação de medição efetuada em paralelo, mas com realimentação de informações para o processo. Como pode ser facilmente concluído, uma máquina de medir pode atender diversas unidades de fabricação. Figura 10.6: Máquina de medir por coordenadas ; conexão ao sistema de controle do processo Controle junto à Unidade de Fabricação A medição junto à máquina-ferramenta, com auxílio de instrumentos convencionais, é prática comum nos processos de fabricação não automatizados. Estes mesmos procedimentos podem ser integrados a um controle do processo, quando se passa a utilizar instrumentos modernos, isto é, com informação elétrica, que pode ser processada automaticamente e realimentar o processo (figura 10.7). 5

6 Figura 10.7: Instrumentos e dispositivos de medição ligados ao sistema de controle do processo. Seja por um dispositivo de medição múltipla ou por instrumentos digitalizados que atendam uma, duas ou mais unidades de fabricação próximas, o controle dimensional de todas as peças produzidas, ou de amostras, permite manter o processo de fabricação em faixas de tolerâncias bastante estreitas. Auxilia também na monitoração da unidade de fabricação quanto à troca de ferramentas, identificação do estado de regime estabilizado, etc. Pelo fato do controle ser pós-processo de usinagem, é importante que o sistema de análise identifique a tendência em cada dimensão e proceda correções preventivas na unidade de fabricação, para que as dimensões das peças subsequentes sejam devidamente posicionadas no campo de tolerância. A operação de medição pode ser feita por operador ou por robô industrial, especialmente quando este equipamento já está presente para realizar a alimentação da unidade de fabricação. Para peças mais complexas, produzidas dentro de uma linha transfer ou célula flexível de fabricação, pode-se colocar junto à unidade de fabricação, máquinas de medição por coordenadas, como mostrado na figura Um processador especial faz a interpretação das informações e comanda a realimentação do processo de usinagem Controle dentro da Unidade da Fabricação Compreende as medições que são realizadas enquanto a peça permanece acoplada à unidade de fabricação para a usinagem. Estas medições podem ocorrer de forma intermitente ou simultaneamente à operação de usinagem. 6

7 Figura 10.8: Medição por coordenadas ; integração a uma linha transfer. a) Medição Intermitente à Usinagem É realizada antes do início, durante pausas ou após concluída a operação de usinagem da peça, em determinada máquina. A medição de um ou mais parâmetros geométricos pode ser realizada através de: - Dispositivos de medição que são posicionados e acionados pela própria máquina, pelo operador ou por robô (figura 10.9). Neste caso a incerteza de medição é bastante independente do manipulador e o dispositivo é bastante específico para a grandeza/peça a medir; - Recursos da própria máquina-ferramenta. Destacam-se aqui os sistemas de medição por coordenadas no processo (SMCP). Neste segundo caso aproveita-se os recursos de movimentação programada das máquinas com comando numérico. No momento da medição acopla-se um apalpador eletrônico no lugar de uma ferramenta de corte, como mostrado na figura Obedecendo a comandos específicos de posicionamento e medição, pode-se determinar as coordenadas espaciais de pontos sobre a peça, que processadas devidamente permitem determinar os parâmetros geométricos reais da peça em fabricação. As diferenças para os valores desejados dão subsídios para geração de comandos de correção, que são levados ao comando numérico. b) Medição Simultânea à Usinagem Enquadram-se aqui os sistemas de realimentação direta, do tipo freqüentemente empregados na retificação de peças cilíndricas (figura 10.11). Apesar de ser o método mais próximo do ideal, pelo fato de efetuar o controle contínuo da grandeza e de forma 7

8 simultânea ao processo de usinagem (sem tempos secundários), a sua realização prática tem-se mantido muito restrita em função de falta de sensores adequados, que possam operar sem interferência das rudes condições de usinagem. Figura 10.9: Dispositivos de medição ; manual máquina - robô. Figura 10.10: Sistema de medição por coordenadas no processo. 8

9 Figura 10.11: Medição simultânea ao processo de fabricação INTEGRAÇÃO DA INFORMAÇÃO Os objetivos do controle da qualidade dimensional no processo só poderão ser alcançados quando as informações geradas pela medição puderem ser interpretadas com rapidez e, de imediato, os resultados ou as eventuais ações saneadoras possam ser levadas aos meios de produção. Fica evidente a necessidade da comunicação de sistemas de medição computadorizados, bem como a necessidade de comunicação destes com as unidades de fabricação. Efetivamente este desenvolvimento vem sendo observado de modo crescente, mas em geral, com soluções particularizadas. A necessidade de uma padronização na comunicação entre estações inteligentes instaladas no meio industrial tem estimulado no transcorrer dos últimos anos vários trabalhos de desenvolvimento e normalização. Uma vez viabilizada esta comunicação entre estações de medição e unidades de fabricação, bem como, com estações centrais de programação, monitoração e documentação, o fluxo de informações passa a se estender a todos os outros problemas da produção, não se restringindo aos dados sobre o controle de qualidade. Na figura exemplifica-se a interligação de diversas estações de medição, mostrando-se inclusive aspectos relativos à automatização do controle estatístico no processo, cujas informações, além de garantirem e documentarem a qualidade dos produtos em fabricação, reúnem informações relevantes sobre a capacitação do sistema produtivo. 9

10 Figura 10.12: Rede de comunicação local, interligando estações de medição (EM), com possibilidade de controle estatístico do processo via estação e documentação. 10