TECNOLOGIA EM MEDIÇÃO POR COORDENADAS

Transcrição

1 TECNOLOGIA EM MEDIÇÃO POR COORDENADAS Prof. Alessandro Marques

2 EMENTA DA DISCIPLINA TMC FICHA No 1 (permanente) Disciplina: Tecnologia em Medição por Coordenadas Código: TM Natureza: ( ) obrigatória (x) optativa Semestral ( ) Anual ( ) Modular (x) Pré-requisito: Metrologia Co-requisito: Modalidade: (x) Presencial ( ) EaD ( ) 20% EaD C.H. Semestral Total: 60h PD: 02 LB: 02 CP: 00 ES: 00 OR: 00 C.H. Semanal: 04h Legenda: Conforme Resolução 15/10-CEPE: PD- Padrão LB Laboratório CP Campo ES Estágio OR - Orientada

3 EMENTA DA DISCIPLINA TMC FICHA No 1 (permanente) EMENTA (Unidades Didáticas) Fontes de erros em máquinas de medição: Lei de Abbè; Equações de Hertz; Força de Medição; Erros devido influência da temperatura; Erros devido ao Momento de Inércia; Influência das Vibrações.Rigidez da máquina; Aspectos Construtivos de Máquinas de Medição: Estrutura, barramento, guias, acionamento, medição de posicionamento, sensores e apalpadores e programa computacional; Medição uni-dimensional: micrômetro, máquina de medição horizontal (metroscópio), máquina de medição vertical e interferômetro laser; Medição bi-dimensional: Projetores de Perfil e Microscópios de Medição; Medição tri-dimensional: Máquinas de Medição por coordenadas. Cálculo das incertezas de medição em MMC;

4 EMENTA DA DISCIPLINA TMC Bibliografia da Disciplina: 1) Hocken, R. J., Pereira, P. H. Coordinate Measuring Machines and Systems, Second Edition, ) Pfeifer, Tilo- Metrology Production -Oldenbourg Verlag, 2002, 421 páginas, München, ISBN ; 3) Farago, Francis- Handbook of Dimensional Handbook, 2 nd Edition, Industrial Press,1982, New York, ISBN ; 4) Link, Walter. Metrologia mecânica Expressão da Incerteza de medição, ISBN , Mitutoyo Editora, 174 páginas, 2ª edição, ano ) Link, Walter. Tópicos Avançados da Metrologia Mecânica Confiabilidade Metrológica e suas aplicações, ISBN , Mitutoyo Editora 263 páginas, 2ª edição, ano ) Bosch, John- Coordinate Measuring Machines and System, Marcel Dekker Edition, New York,1995, 496 pages (ISBN ) ;

5 O ciclo do produto INTRODUÇÃO

6 Tipos de especificações geométrica Especificações Geométricas de Produto Tolerâncias Dimensionais Tolerâncias Geométricas Tolerância de Forma Tolerância de Orientação Tolerância de Localização Tolerância de Ondulação Rugosidade

7 TOLERÂNCIA DIMENSIONAL

8 DIMENSÃO VERSUS FORMA É suficiente especificar as tolerâncias dimensionais?

9 GEOMETRIAS REAIS

10 CAUSAS DO DESVIO DE FORMA Material da peça; Meio de medição; Máquina-ferramenta; Mão de obra; Método; Meio ambiente.

11 POR EXEMPLO:

12 TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS Tolerâncias Geométricas Tolerância de Forma Tolerância de Orientação Tolerância de Posição Batimento Retilineidade (Retitude) Planicidade (Planeza) Circularidade Cilindricidade Perfil de linha qualquer Perfil de superfície qualquer Paralelismo Perpencicularidade Inclinação Posição Concentricidade Coaxilidade Simetria Circular Total

13 NBR 6409 TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS TOLERÂNCIAS DE FORMA, ORIENTAÇÃO, POSIÇÃO E BATIMENTO - GENERALIDADES, SÍMBOLOS, DEFINIÇÕES E INDICAÇÕES EM DESENHO

14 POR EXEMPLO:

15 POR EXEMPLO:

16 EXEMPLOS: TOLERÂNCIA DE FORMA Característica: Retitude (Retilineidade) Para um contorno: CAMPO DE TOLERÂNCIA: No desenho técnico: O que significa: Qualquer linha de comprimento 100mm do elemento plano indicado, deve situar-se entre duas retas paralelas distanciadas de t = 0,1mm

17 EXEMPLOS: TOLERÂNCIA DE FORMA Característica: Retitude (Retilineidade) Para um eixo: CAMPO DE TOLERÂNCIA: No desenho técnico: O que significa: O eixo do elemento cilíndrico do pino deve situar-se dentro de um cilindro com diâmetro t = 0,03mm

18 EXEMPLOS: TOLERÂNCIA DE FORMA Característica: Planeza (Planicidade) CAMPO DE TOLERÂNCIA: No desenho técnico: O que significa: A superfície tolerada deve situar-se entre dois planos paralelos distanciados de t = 0,05mm.

19 EXEMPLOS: TOLERÂNCIA DE FORMA Característica: Circularidade CAMPO DE TOLERÂNCIA: No desenho técnico: O que significa: A linha de contorno de qualquer secção deverá estar contida na área do anel de espessura t = 0,02mm.

20 Métodos de análise de desvios de circularidade Círculo Quadrático Médio (LSC) -Representa a média de todos os picos e vales. A definição matemática: A soma dos quadrados de uma quantidade suficiente de ordenadas radiais uniformemente espaçadas, medidas do círculo até o perfil, tem o mínimo valor ; -O erro de circularidade é a distância radial do máximo pico ao círculo somada à distância radial do mínimo vale ao círculo; Círculos de Mínima Zona (MZC) -Dois círculos concêntricos que envolvem o perfil e que apresentam a mínima separação radial; -A distância radial entre os dois círculos é o erro de circularidade;

21 Métodos de análise de desvios de circularidade Máximo Círculo Inscrito -É o maior círculo que pode ser traçado dentro do perfil sem seccioná-lo; -O erro de circularidade é a distância medida entre o maior pico e o círculo; Mínimo Círculo Circunscrito -É o menor círculo que envolve perfil sem seccioná-lo; -O erro de circularidade é a distância medida entre o menor vale e o círculo;

22 Identifique as especificações! Tolerâncias dimensionais Referências Tolerâncias de forma Tolerâncias de posição Tolerâncias de orientação

23 MEDIÇÃO UNI-DIMENSIONAL

24 MEDIÇÃO UNI-DIMENSIONAL Paquímetro e Micrômetro, Máquina de Medição Horizontal, Máquina de Medição Vertical e Interferômetro Laser

25 ERROS ASSOCIADOS AS MEDIÇÕES

26 Princípio de Abbè. (Journal for Instrumental Information Vol. X em 1890). Conhecido também como Primeiro princípio de projeto de máquinas ferramentas e metrologia dimensional Princípio de Abbè: A linha de referência de um sistema de medição deve ser coincidente com a linha de medição da peça.

27 Paquímetro Princípio de Abbè. Eixo do instrumento Braço de Abbé Eixo de medição Distância real Erro de medição Distância medida Existe uma distância entre a linha de referência e a de medição Braço de Abbè (Abbè offset)

28 Micrômetro Princípio de Abbè. O eixo do instrumento é coincidente com a linha de medição não há Braço de Abbè

29 Princípio de Abbè. CAUSAS DE ERROS NAS MEDIÇÕES DE COMPRIMENTO

30 a: espessura mínima, TN: traços do nônio TM: traços da escala fixa Erro de Paralaxe

31 Pontos de Airy Quando uma barra está suportada horizontalmente, um bloco padrão ou uma escala por exemplo, a quantidade de flexão devido ao seu próprio peso varia significantemente dependendo da posição dos seus suportes. Tais pontos são pontos de suporte para obter condições especificas de flexão.

32 Pontos de Airy Os pontos de suporte são dados pela seguinte fórmula: a N L 2 1 a= 0,5774 * l Onde N é o numero de pontos de suporte

33 Pontos de Bessel As escalas onde as divisões são gravadas devem ser apoiadas de tal modo que a máxima flecha seja a menor possível. Do estudo da Mecânica aplicada as materiais é possível demonstrar que os apoios devem ser simétricos e distanciados dente si de 0,554l.

34 FORÇA DE MEDIÇÃO

35 OUTRO TIPO DE ERRO DEVIDO A FORÇA DE MEDIÇÃO 1 deformação do apalpador 2 e 3 deformação da peça 4 deformação da base

36 DEFORMAÇÃO DE HERTZ A fórmula de Hertz é empírica, e dá a quantidade de superfície deformada dentro do limite elástico quando duas superfícies (esférica, cilíndrica ou superfície plana) estão pressionadas umas contra as outras com uma certa força. Estas fórmulas são uteis para determinar a deformação de uma peca causada pela forca de medição em situações de contato em um ponto e uma linha.

37 DEFORMAÇÃO DE HERTZ a) Uma esfera entre dois planos b) Um cilindro entre dois planos

38 DEFORMAÇÃO DE HERTZ Assumindo que o material é aço: Módulo de Elasticidade : E = 205 GPa 1) Superfície esférica e plano (um ponto de contato) 3 1 0,82. P D 2 2) Superfície cilíndrica e plano (uma linha de contato) 2 0,094. P L. 3 1 D Onde: : quantidade de deformação (mm) D: diâmetro da esfera (mm) L: comprimento do cilindro (mm) P: força de Medição (N)

39 DEFORMAÇÃO DE HERTZ 1) Superfície esférica e plano (um ponto de contato) 3 1 0,82. P D 2 2) Superfície cilíndrica e plano (uma linha de contato) 2 0,094. Exercício : Suponha que uma esfera de 1 mm de diâmetro e um cilindro de 3 mm de diâmetro e comprimento de 5mm são medidos por uma superfície plana com força de medição de 9,8 N, quais as deformações? P L 1 3,8 mm 2 0,13 mm. 3 1 D

40 EFEITOS DA TEMPERATURA T b b' b = b' - b c = c' - c c c' b =. T. b c =. T. c Ferro fundido: 9,2 a 11,8 x 10-6 /K Aço: 10 a 13 x 10-6 /K Bronze: 18,5 x 10-6 /K Alumínio: 23,8 x 10-6 /K Cerâmica (ZrO 2 ): 10 a 11 x 10-6 /K Vidro (Pirex): 2,5 x 10-6 /K Invar 1,0 x 10-6 /K Zerodur 0,01 x 10-6 /K

41 CALIBRAÇÃO DE PAQUÍMETROS E MICRÔMETROS

42 CALIBRAÇÃO DE MICRÔMETROS Verificação de Planeza e paralelismo Plano óptico

43 NBR NM 216 Paquímetro e paquímetro de profundidade Características construtivas e requisitos metrológicos

44 Exemplo de um gráfico de erro de indicação de um paquímetro com faixa de medição de 0 a 150 mm

45 INCERTEZA ASSOCIADA AS MEDIÇÕES Caso Geral X i f = coeficiente de sensibilidade Pode ser calculado analítica ou numericamente n i n i n i j j i j i j i i i X X r X u X u X f X f X u X f G u ), ( ). ( ). ( 2 ) ( ) ( j i j i X e X X X r entre correlação de e coeficient ), ( ),...,, ( 2 1 n X X X f G

46 ESTIMATIVA DO COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO n i i n i i n i i i y y x x y y x x Y X r ) (. ) ( ) )( ( ), ( sendo r(x, Y) estimativa do coeficiente de correlação para X e Y x i e y i i-ésimo par de valores das variáveis X e Y y e x valores médios das variáveis X e Y n número total de pares de pontos das variáveis X e Y

47 CÁLCULO DO NÚMERO DE GRAUS DE LIBERDADE EFETIVOS n i x i i c ef i x u x f G u ) ( ) ( O número de graus de liberdade efetivo é calculado pela equação de Welch-Satterthwaite:

48 INCERTEZA PARA MEDIÇÃO A TRÊS COORDENADAS P Z z D Y z y P y x x X d ) 2 ( ) 2 ( ) ( x x y y z z 2

49 SEMINÁRIOS Capítulos do livro: Hocken, R. J., Pereira, P. H. Coordinate Measuring Machines and Systems, Second Edition, Peça desenhada em CAD PRÁTICAS

50 Bibliografia 1) Hocken, R. J., Pereira, P. H. Coordinate Measuring Machines and Systems, Second Edition, ) Pfeifer, Tilo- Metrology Production -Oldenbourg Verlag, 2002, 421 páginas, München, ISBN ; 2) Farago, Francis- Handbook of Dimensional Handbook, 2 nd Edition, Industrial Press,1982, New York, ISBN ; 3) Link, Walter. Metrologia mecânica Expressão da Incerteza de medição, ISBN , Mitutoyo Editora, 174 páginas, 2ª edição, ano ) Link, Walter. Tópicos Avançados da Metrologia Mecânica Confiabilidade Metrológica e suas aplicações, ISBN , Mitutoyo Editora 263 páginas, 2ª edição, ano 2005