ÍNDICE 1. Introdução... 4 2. Definição do conceito... 5 3. Explicação do processo... 5 4. Engenharia Inversa... 6 5. Processo de Engenharia Inversa... 7 5.1 Técnicas de digitalização de formas 3D... 9 5.2 Reconstrução do modelo em CAD-3D... 9 6 Digitalização...10 6.1 - Conceito geral... 10 6.2 Aplicações... 10 6.3 - Modelos esculpidos... 11 6.4 - Peças existentes... 11 6.5 - Protótipos rápidos... 11 6.6 - Métodos e técnicas... 12 6.6.1 Com contacto físico... 12 6.6.1.1 Contacto ponto a ponto... 12 6.6.1.2 Técnica por Varrimento... 13 6.6.2 Sem contacto físico... 15 6.6.2.1 Técnica por Triangulação óptica... 15 6.6.2.2 Técnica por Triangulação óptica... 16 7 Equipamento...17 7.1 Máquinas de Medição por Coordenadas CMM... 17 7.1.1 Com contacto ou sem contacto... 19 7.1.2 Medição discreta ou por digitalização... 19 7.1.3 Mudança de ponta e sensor... 21 7.1.4 Fresadora CNC com Sonda de Contacto... 23 7.1.5 Fresadora CNC com Sonda Laser... 23 7.1.6 CT Tomografia Computorizada... 23 8. Campos de aplicação...26 9. Softwares disponíveis...32 9.1 Tecnologia desenvolvida... 34 10. Exemplo prático, Bancos de metro do porto...35 11. Conclusões...39 12. Referências Bibliográficas Utilizadas...41 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 2 de 41
ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 5.1 Descrição das fases do processo de Engenharia Inversa... 8 Fig. 5.2 Sequência para a obtenção de produtos de engenharia (peças/ferramentas)... 8 Fig. 5.3 Esquema representativo do processo de Engenharia Inversa... 9 Fig. 5.4 Reconstrução do modelo físico em CAD 3D... 10 Fig. 6.1 Esquema do sistema de medição ponto a ponto... 13 Fig. 6.2 Esquema do sistema de medição de contacto por varrimento... 14 Fig. 6.3: Principio da triangulação óptica... 15 Fig. 6.4 Principio da triangulação óptica... 16 Fig. 7.1 Equipamento CMM discreto... 20 Fig. 7.2 Equipamento CMM de apalpador... 20 Fig. 7.3 CMM óptico e digitalização óptica respectivamente à direita e á esquerda... 21 Fig. 7.4 Fresadora CNC com sonda de contacto... 23 Fig. 7.5 scanner 3D e Sonda Laser, à direita e à esquerda respectivamente... 23 Fig. 7.6 Exempplo do processo de engenharia Inversa com equipamento CT... 25 Fig. 8.1 Digitalização de artefactos de museu... 27 Fig. 8.2 Digitalização de um busto... 28 Fig. 8.3 Capa de telemóvel... 28 Fig. 8.4 Capacete de btt... 28 Fig. 8.5 Digitalização de pé... 29 Fig. 8.6 Prótese Dentária... 29 Fig. 8.7 Digitalização de uma Múmia... 30 Fig. 8.8 exemplos de aplicações aeronáuticos... 30 Fig. 8.9 Biela e Turbina, à direita e à esquerda respectivamente... 31 Fig. 9.1 Comparação de sistemas de interpolação linear e NURBS respectivamente... 34 Fig. 10.1 Imagem do banco do metro concebida pelo Designer... 35 Fig. 10.2 Modelo de malha de elementos finitos... 36 Fig. 10.3 Modelo CAD... 37 Fig. 10.4 Protótipo do conceito... 37 Fig. 10.5 Apresentação do produto... 38 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 3 de 41
1. Introdução Devido a uma cada vez maior diversidade de produtos desenvolvidos, à diminuição do seu ciclo de vida e à crescente complexidade que estes apresentam o contexto industrial tem-se vindo a modificar. A redução do tempo de vida de um produto, provoca nas as empresas uma necessidade de desenvolvimento de novos produtos num mais curto período de tempo, assim o tempo necessário para o desenvolvimento de cada novo molde ou protótipo tem tendência a ser cada vez menor. Este sentido evolutivo tem pressionado as empresas a recorrerem a metodologias e ferramentas de gestão do desenvolvimento de produtos que lhes permitam atingir este objectivo, encontrando-se em primeiro plano as aplicações informáticas de CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Engineering) e CAM (Computer Aided Manufacturing). A sequência normal de desenvolvimento de produtos em CAD? CAE? CAM tem inicio com a modelação geométrica do produto utilizando uma ferramenta de CAD. Com base neste modelo geométrico pode-se recorrer a aplicações CAE para simulação e optimização do produto. Após efectuadas as alterações ao modelo geométrico existente é possível produzir protótipos optimizados com o auxílio do CAM. Na fase de validação da optimização obtida recorre-se a ferramentas protótipo obtidas por metodologias e tecnologias de fabrico rápido. Existem casos em que esta sequência não é possível de efectuar, nomeadamente quando o objectivo é reproduzir modelos físicos sem que exista informação em formato CAD. Este é o caso do fabrico ou recuperação de peças ou ferramentas já existentes, campo este em que as metodologias e técnicas de engenharia inversa são, actualmente, indispensáveis. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 4 de 41
2. Definição do conceito O Processo de Engenharia Inversa Consiste na aquisição de dados digitais de um objecto mediante a sua digitalização e subsequente conversão em representações computacionais consistentes e concisas 3. Explicação do processo A sequência normal de desenvolvimento de produtos do tipo CAD? CAE? CAM tem inicio com a modelação geométrica do produto utilizando um sistema de CAD. Esta modelação poderá ser representada por arames (wireframe), superfícies ou sólidos, de acordo com o software utilizado e com a aplicação que se pretende dar ao modelo geométrico. O processo evolutivo que o software sofreu nos últimos anos levou ao aparecimento de programas baseados em sólidos paramétricos (ou variacionais), com modelação por características ( feature-based ), e com capacidades de estabelecer associações entre os diversos módulos ou entre diferentes aplicações. A informação gerada por este sistema (modelo conceptual) pode posteriormente ser exportada em formato standard (IGES, STL, VDA, STEP, etc.) e importada para o sistema CAE (permitindo simular numericamente o modelo) ou para um sistema CAM (permitindo definir estratégias de maquinagem). Num sistema que possibilite uma associação de dados (com uma base de dados única) a informação do projecto poderá ser partilhada entre as diversas aplicações tais como o projecto, o desenho, o CAE e o CAM sem que cada aplicação tenha de traduzir ou transferir dados. Nos sistemas CAD existentes na actualidade podem existir dois tipos de associatividade, a manual e a automática. Com a associatividade manual, o sistema CAD reconhece, numa determinada aplicação, que a informação foi alterada mas não faz a actualização da informação que lhe está 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 5 de 41
relacionada noutras aplicações até que o utilizador lhe dê instruções acerca do que deve fazer. Com a associatividade automática qualquer alteração executada no modelo, quer seja a nível dimensional quer a nível de topologia, causa as alterações apropriadas nas outras aplicações que utilizam o mesmo modelo independentemente da aplicação onde for realizada e sem que seja necessária a intervenção do utilizador. A sequência normal do desenvolvimento de produtos não é aplicável quando o objectivo é reproduzir (e possivelmente simular ou optimizar) peças e ferramentas já existentes e sem que exista informação em formato CAD. Portanto, torna-se necessário aplicar técnicas que permitam capturar a forma das peças e ferramentas para gerar um modelo numérico virtual utilizável num sistema CAD. Este processo é a engenharia inversa. 4. Engenharia Inversa Nos mercados consumistas dos dias de hoje para que as empresas sobrevivam devem estar continuamente preocupadas em desenvolver produtos novos tão rapidamente quanto possível para fazer face às exigências do mercado. Muitas ideias do desenvolvimento de produto vêm da análise de um projecto de um produto semelhante. Deste modo, um modelo pode ser feito em argila ou madeira e ser modelado de acordo com os requisitos do cliente. Para reproduzir o modelo, as suas dimensões e especificações devem ser determinadas, isto é feito digitando o modelo. Neste contexto surge a engenharia inversa como um sistema que pode rapidamente e automaticamente digitalizar o modelo, reduzindo drasticamente o tempo quando comparado com o processo normal de produção. A engenharia inversa é assim um processo que inverte o método usado no desenvolvimento do projecto de um novo produto que permite que modelos sem especificações ou desenhos possam ser reproduzidos pelos fabricantes. O sistema usa uma máquina de leitura de coordenadas que interage com um software capaz de gerir esses dados, apresentá-los ao utilizador e disponibilizar opções de reconfiguração. O processo tem como objectivo primordial gerar uma nuvem de pontos que dá origem a um modelo conceptual (de triângulos ou superfícies) a partir de um modelo material, amostra ou 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 6 de 41
protótipo. Neste sentido as técnicas de digitalização de formas a três dimensões (3D scanning) e os softwares de reconstrução de modelos de superfícies são indispensáveis. 5. Processo de Engenharia Inversa O habitual processo de engenharia inversa pode envolver a digitalização e a reconstrução. Esses passos encontram-se ilustrados nas figuras abaixo. Fase 1: Uma nuvem de pontos foi obtida a partir de um scanner a laser, de um centro de tomografia ou de um braço de accionamento manual. Fase 2: Conversão da nuvem de pontos num modelo poligonal. A malha resultante é suavizada e reajustada até ser obtida a superfície desejada. Fase 3: Desenhar ou criar curves na malha usando ferramentas automáticas. Fase 4: Criação de uma malha reestruturada. Fase 5: Formar superfícies NURBS através de ferramenta de forma e de edição.. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 7 de 41
Fase 6: Exportar o resultado final de superficies NURBSE que satisfaçam os requisitos de rugosidade para um programa CAD/CAM. Fase 7: Fabricar e analisar a peça para ensaios mecânicos, térmicos e propriedades eléctricas. Fig. 5.1 Descrição das fases do processo de Engenharia Inversa Fig. 5.2 Sequência para a obtenção de produtos de engenharia (peças/ferramentas) 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 8 de 41
Escola Superior de Tecnologia Instituto Politécnico de Setúbal 5.1 Técnicas de digitalização de formas 3D A digitalização de formas 3D consiste na geração de uma nuvem de pontos (coordenadas 3D) a partir de um modelo físico. A nuvem de pontos pode ser obtida por várias técnicas de digitalização que podemos diferenciar em técnicas mecânicas (de contacto) e em técnicas ópticas (de não contacto). Relativamente às primeiras, normalmente, é utilizada uma máquina de medir por coordenadas (CMM Coordinate Measuring Machine) ou uma fresadora CNC equipadas com sondas físicas. Em relação às segundas pode ser utilizada uma máquina CMM ou uma fresadora CNC equipadas com sondas de laser e com a técnica de tomografia computadorizada (CT Computer Tomography). Fig. 5.3 Esquema representativo do processo de Engenharia Inversa 5.2 Reconstrução do modelo em CAD-3D A informação gerada durante a digitalização do modelo material, i.é., a nuvem de pontos, é transferida para um sistema de reconstrução de modelos por forma a gerar um modelo conceptual de triângulos ou de superfícies com base nos pontos coordenados 3D. Obtido o modelo conceptual, o procedimento seguinte, relativo à sequência não convencional é semelhante ao da sequência convencional, descritas na Figura 5.4. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 9 de 41
Modelo Físico Equipamento Software Modelo Digital Fig. 5.4 Reconstrução do modelo físico em CAD 3D 6 Digitalização 6.1 - Conceito geral A Digitalização é uma técnica de medição que recorre a equipamentos de medição por coordenadas. As máquinas de medição por coordenadas, são muito semelhantes às máquinas ferramenta, utilizando no entanto como ferramentas sensores de medição. 6.2 Aplicações Medir é sinónimo de comparar, isto é, quantificar em relação a uma referência. Na medição por coordenadas a posição espacial de pontos, em relação ao sistema de referências, é utilizada pelo sistema para: Inspecção dimensional Levantamento topográfico 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 10 de 41
Na inspecção dimensional, o objectivo final pode ser: Determinação de dimensões desconhecidas Verificação de dimensões conhecidas e respectivas tolerâncias No levantamento topográfico o objectivo final é geralmente a engenharia inversa. 6.3 - Modelos esculpidos Geralmente recorre-se à engenharia inversa desde modelos com dois objectivos distintos, nomeadamente a verificação dimensional do modelo esculpido, por forma a avaliar se são respeitadas eventuais condicionantes dimensionais. Também se pode recorrer à engenharia inversa deste tipo de modelos, com o objectivo de criar modelos virtuais CAD, uma vez que a forma pretendida é de elevada complexidade geométrica. 6.4 - Peças existentes A digitalização de peças existentes proporciona a verificação de cotas e a engenharia inversa. Na verificação de cotas pretende-se validar as condicionantes dimensionais para o modelo existente. Na engenharia inversa de peças existentes visa a cópia destes componentes e deve-se geralmente à inexistência de desenhos de produção ou modelos 3D. Pode-se também recorrer a peças existentes pelos mesmos motivos, mas para lhes adicionar características, isto é, criar novos modelos virtuais muito semelhantes. 6.5 - Protótipos rápidos A digitalização de protótipos visa geralmente a sua validação dimensional, ou seja, verificar se está de acordo com as tolerâncias exigidas. No entanto, os protótipos rápidos podem por vezes ser utilizados como peças existentes para tarefas de engenharia inversa. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 11 de 41
6.6 - Métodos e técnicas Existem dois métodos de digitalização, com e sem contacto físico. A continuidade como é feita a digitalização define a técnica - ponto a ponto, varrimento. Ponto a ponto significa de a aquisição é realizada de uma forma descontínua. Varrimento significa que a aquisição é realizada de uma forma contínua. Métodos de digitalização: - Com contacto físico Técnicas: - Ponto a Ponto - Técnica de Varrimento - Sem contacto físico Técnicas: - Triangulação óptica - Varrimento óptico 6.6.1 Com contacto físico 6.6.1.1 Contacto ponto a ponto Na medição por contacto ponto a ponto são utilizadas sondas de medição cujo princípio de funcionamento está representado na figura 1. O sistema conhece a coordenada do centro da esfera (apalpador), quando esta se encontra na sua posição de referência. Por cada vez que esta abandona esta posição é registada a coordenada de um ponto. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 12 de 41
Fig. 6.1 Esquema do sistema de medição ponto a ponto O software de medição realiza com base na direcção de aproximação e no raio da esfera a chamada compensação do raio da esfera, por forma a minimizar o erro de medição. Este software tem também como função o cálculo de dimensões. Para a desempenhar são utilizados os elementos de substituição, que permitem o cálculo das dimensões de elementos de geometria regular com base em pontos medidos, como por exemplo o cálculo do diâmetro de um furo com base em três pontos. Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e com direcções de aproximação não normais à superfície medida. Em termos de precisão esta técnica proporciona valores da ordem dos micron. 6.6.1.2 Técnica por Varrimento Na medição por contacto de varrimento são utilizadas sondas como a representada na figura 2. O seu princípio de funcionamento é em tudo semelhante ao principio da medição por contacto ponto a ponto, apenas difere na posição de referência que não é fixa, graças à mobilidade proporcionada pelos paralelogramos representados na figura 2 a verde (X), amarelo (Y) e a azul (Z). Esta mobilidade possibilita a variação, independente em cada um dos eixos, da posição de referência em alguns milímetros. No que refere ao registo dos pontos o principio de funcionamento é totalmente idêntico ao da medição por contacto ponto a ponto. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 13 de 41
Fig. 6.2 Esquema do sistema de medição de contacto por varrimento O software de medição realiza com base numa trajectória pré-definida, no raio da esfera e na direcção de aproximação, o registo de coordenadas dos pontos ao longo de um perfil à frequência pedida. O número de pontos registados é então função da velocidade do movimento de varrimento e da frequência de registo pedida pelo operador. Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza da máquina rígida, com trajectórias de varrimento inadequadas, isto é, que provoquem direcções de aproximação inapropriadas. A precisão proporcionada por esta técnica é da mesma ordem de grandeza da medição por contacto ponto a ponto, ou seja da ordem dos micron. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 14 de 41
6.6.2 Sem contacto físico 6.6.2.1 Técnica por Triangulação óptica O princípio de funcionamento da medição óptica é designado por triangulação óptica, representado na figura 6.3; um feixe laser é incidido na peça e o ângulo da reflexão é medido por um sensor óptico (CCD). Fig. 6.3: Principio da triangulação óptica Na medição óptica ponto a ponto, o software de medição regista as coordenadas dos pontos com base na posição de referência da sonda e na análise da reflexão. Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e com medições efectuadas fora dos limites das capacidades da sonda, isto é, numa posição relativa à peça que não respeite os valores de distância e amplitude (profundidade de campo) declarados pelo fabricante. Em termos de precisão, em medição óptica ponto a ponto proporciona é da ordem dos centésimos de milímetro. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 15 de 41
6.6.2.2 Técnica por Triangulação óptica O principio de funcionamento da técnica de medição óptica por varrimento é em tudo semelhante à medição óptica ponto a ponto, com a capacidade de medir pontos ao longo de uma secção da peça apenas com um posicionamento, isto é, na mesma posição de referência é possível registar os pontos que definem um perfil. Esta capacidade é proporcionada pela rotação do sistema óptico, que permite a focagem do feixe laser em várias posições ao longo de uma determinada largura. Esta largura é um valor tal que permite uma correcta interpretação da reflexão, ver figura 6.4. Fig. 6.4 Principio da triangulação óptica Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e medições efectuadas fora dos limites das capacidades da sonda, que para além de respeitarem uma relação distância/amplitude devem também respeitar uma relação resolução/largura. Em termos de precisão esta técnica proporciona valores da ordem das centésimas de milímetro. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 16 de 41
7 Equipamento A engenharia inversa é um termo usado descrever a criação de uma série de dados digitais baseada em numa representação física, invertendo o processo regular de ir de uma ideia através da construção do CAD a um produto. Há diversas maneiras de digitalizar um objecto tridimensional, tais como: CMM com Sonda de Contacto CMM com Sonda Laser Fresadora CNC com sonda de contacto Fresadora CNC com sonda Laser Centro de tomografia computorizada CT 7.1 Máquinas de Medição por Coordenadas CMM A tecnologia das Máquinas de Medição por Coordenadas ou CMMs (Coordinate Measuring Machines) tem evoluído nos últimos 30 anos a fim de se ajustar às tolerâncias cada vez menores exigidas nos dias de hoje pelos engenheiros de produção e de projecto. Essa necessidade de precisão, combinada com o eterno desejo de melhoria da eficiência das inspecções tem levado diversas abordagens às CMMs. Isso pode levar a indecisões acerca de que sistema de inspecção é melhor para as aplicações de cada fábrica. Como uma CMM representa um investimento significativo em equipamentos, tanto para grandes como para pequenas empresas, é preciso personalizá-la para que trate de necessidades específicas, ao mesmo tempo que possa oferecer flexibilidade para crescimento conforme as exigências de inspecção se vão alterando. Então, qual é a melhor solução de medição para as suas CMMs Os cinco factores listados abaixo o ajudarão a determinar que tipo de sistema de inspecção trará os maiores benefícios a uma empresa: 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 17 de 41
A forma das peças a serem medidas A forma da peça determina as especificações do desenho e identifica as tolerâncias dimensionais e geométricas requeridas. Os itens de ajuste a outras peças são melhor medidos por digitalização, enquanto a medição discreta é mais adequada para medições de tamanho e questões de posicionamento. O tipo de medição requerido O tipo de medição exigido, combinado com o formato da peça, determinará se o mais adequado para a execução da tarefa é uma ponte, um pórtico ou um braço horizontal. O tipo de CMM requerida normalmente dita qual é o melhor sistema de medição. Capacidade do processo de produção O desempenho do seu processo de produção relativamente à tolerância estipulada também afecta a escolha do método utilizado. Se os processos regularmente produzem bons produtos com forma adequada a medição discreta é ideal. Por outro lado, se os processos de produção geram itens cuja forma varia em proporções significativas com relação à tolerância a digitalização é o melhor sistema. Tempo de ciclo (Throughput) Alta precisão, alta velocidade e baixos custos de propriedade são o lema do mundo da produção actualmente. O tempo de ciclo também pode ser uma determinação importante na selecção do sistema de medição adequado. Adaptação às mudanças nas exigências de capacidade e função Como uma nova máquina, ou mesmo uma CMM reajustada, pode representar gastos elevados, é fundamental que ela atenda às necessidades de inspecção e tenha a flexibilidade de adaptação às mudanças de requisitos de medição. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 18 de 41
7.1.1 Com contacto ou sem contacto Hoje em dia encontram-se disponíveis no mercado tanto sensores com contacto como sem contacto, permitindo que as CMMs digitalizem a forma de uma peça ou assumam as medições discretas. A forma da peça e o tipo de medição irão especificar qual é o melhor método: A medição por contacto é geralmente o método mais preciso de medição para a maioria das peças. A medição sem contacto é a melhor solução para materiais moles e maleáveis. Quando o tempo de ciclo é a mais alta prioridade e não se exige medições de alta precisão, um sensor sem contacto é a melhor solução. 7.1.2 Medição discreta ou por digitalização Normalmente, a digitalização por contacto é útil para determinar a forma de um item. Recolher milhares de pontos de dados é muito útil quando o objectivo é observar a forma. Contudo, a maioria das peças produzidas não exige este detalhe. Para estes itens, a posição é o factor mais importante, e não a forma. A medição discreta, que envolve muitos pontos de dados importantes e a realização de uma peça construída para tais pontos, é adequada para esse tipo de análise. Tradicionalmente, com a digitalização, quanto mais rápida for a máquina, menos precisos são os dados que ela recolhe. Esse "efeito dinâmico" deve-se à inércia ou ao peso da máquina e aos sensores mudando de direcção constantemente enquanto aceleram e desaceleram durante o ciclo de digitalização. A mudança dinâmica na estrutura da máquina também causa efeito directo na precisão da medição. Contudo, o efeito dinâmico existente nas CMMs no momento da digitalização já pode ser compensado dinamicamente. Por exemplo, o Renscan DC é um novo equipamento disponível na plataforma de controle UCC1 da Renishaw; esse processo primeiro digitaliza a peça lentamente, depois a mede-a novamente numa velocidade mais acelerada e aprende os erros introduzidos pelas 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 19 de 41
velocidades mais altas. A CMM está, então, pronta para medir a uma velocidade mais alta com precisão, mais alinhada com a medição a baixa velocidade. Mesmo com estes últimos desenvolvimentos, a combinação de digitalização e medição discreta é a maneira mais precisa e eficiente de medir a maioria das peças. Sensores por digitalização são provavelmente os mais flexíveis, já que também podem ser utilizados para perceber pontos discretos, figura 7.2. Contudo, apalpadores por contacto, figura 7.2, medem pontos discretos mais rapidamente, pois as pontas de digitalização precisam ser ajustadas a um alvo antes de fazer a leitura. De qualquer modo, os erros dinâmicos são minimizados com a medição discreta. A máquina ou fica parada (se uma ponta para digitalização é utilizada) ou se move em uma velocidade constante (apalpadores por contacto) quando o ponto é medido. Fig. 7.1 Equipamento CMM discreto Fig. 7.2 Equipamento CMM de apalpador 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 20 de 41
Por outro lado, actualmente, tecnologias como a metrologia óptica isolada, na qual cabeçotes precisos medem directamente a deflexão da sonda, garantem que se atinja níveis excelentes de desempenho em velocidades mais rápidas. Sensores sem contacto são normalmente as melhores soluções para as tarefas mais especializadas, como a medição de materiais moles. Por isso, um sensor pode não ser adequado para todas as suas necessidades de medição. Fig. 7.3 CMM óptico e digitalização óptica respectivamente à direita e á esquerda 7.1.3 Mudança de ponta e sensor A menos que se esteja a medir uma peça simples, será necessário mudar a configuração da ponta para ajustá-la a diferentes tarefas de medição. Este processo tem sido efectuado manualmente, no entanto, actualmente existem sistemas de pontas que podem fazer a troca das mesmas. Isso aumenta consideravelmente a flexibilidade do sistema, permitindo que se mude rapidamente para uma ponta longa ou complexa, bem como utilizar pontas diferentes (por exemplo: esfera, disco ou cilindro), necessárias para diferentes superfícies. A troca automatizada das pontas reduz a intervenção do operador o tempo de ciclo da medição. A troca de pontas também fornece a vantagem de solidez por causa da protecção contra choques uma vez que possibilita a desconexão da ponta antes que ocorra uma fractura. A flexibilidade dos equipamentos actuais significa que estamos sempre a utilizar o sensor e a sonda adequados para uma dada tarefa, aumentando a precisão da medição e minimizando os tempos de ciclo da medição. O Autojoint, patenteado pela Renishaw, foi adoptado recentemente pela Optical Sensors Interfae Standards Committee como o padrão da indústria para combinar a 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 21 de 41
troca de pontas; o equipamento é compatível com a maioria das pontas da Renishaw e de outras empresas. Também é necessário que se tenha um local para armazenar os sensores que não estão a ser utilizados na máquina e que permitem troca automatizada dentro dos ciclos de inspecção. Os sistemas de troca automática ACR1 e o ACR3, da Renishaw, são projectados com essa finalidade e são compatíveis com todas as pontas que utilizam o Autojoint. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 22 de 41
7.1.4 Fresadora CNC com Sonda de Contacto Fig. 7.4 Fresadora CNC com sonda de contacto 7.1.5 Fresadora CNC com Sonda Laser Fig. 7.5 scanner 3D e Sonda Laser, à direita e à esquerda respectivamente 7.1.6 CT Tomografia Computorizada Os métodos de contacto e sem contacto da medida requerem superfícies e características geométricas acessíveis ou visíveis. Entretanto, no processo por Tomografia Computorizada (CT) pode mostrar estruturas internas também. Os dados de CT podem ser processados directamente no formulário de nuvens do pontos ou como superfícies (por exemplo STL). Estes podem ser usados para detectar porosidades, cavidades ou as rachas dentro das peças. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 23 de 41
Os dados de transformação de CT em sistemas de CAD com as ferramentas disponíveis no mercado actualmente são muitos imóveis e oferecem consequentemente um grande potencial de desenvolvimento. Em especial se os dados em formato CAD de um produto não existirem. Actualmente a aplicação mais importante de CT é de realizar varrimento de peças com o objectivo de digitalização 3D. Acima de tudo a industria automóvel bem como os seus fornecedores e a tecnologia médica mostram um grande interesse nas novas capacidades que o processo CT oferece. Esta nova tecnologia tem a capacidade de redução de tempo de desenvolvimento de novos produtos, permitindo assim que as empresas se tornem mais competitivas. Uma desvantagem deste método é o efeito de criar aberturas onde a superfície está quase paralela às fatias do scann. A segmentação 3D elimina este inconveniente. O algoritmo recentemente desenvolvido consulta às fatias abaixo e acima e usa esta informação para calcular por interpolação linear dos valores de densidade. Ir de um conjunto de fatias de tomografia a uma nuvem de pontos reduz consideravelmente a quantidade de dados, porém os ficheiros são ainda muito grandes. Para uma redução mais significativa do tamanho do ficheiro, os pontos são compactados. Junto com os dados, o cliente recebe uma aplicação que possa usar para extrair o número desejado de pontos. 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 24 de 41
Fig. 7.6 Exempplo do processo de engenharia Inversa com equipamento CT 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 25 de 41
8. Campos de aplicação Com o desenvolvimento de sistemas rápidos e baratos para a reconstrução tridimensional houve um crescimento dos campos de aplicação destas técnicas. Uma dessas áreas é a antropometria. Os dados antropométricos são muito usados no design de produtos tais como: calçado, vestuário, equipamento de segurança, móveis, veículos e outros objectos com que o ser humano interage. Este tipo de dados é, por vezes, de uma grande importância. Como exemplo disso, poder-se-á referir a necessidade de precisão nos equipamentos de protecção ou a melhoria da ergonomia de alguns equipamentos. A maioria dos dados antropométricos de uso generalizado têm origem em informações adquiridas, há cerca de 50 anos atrás, por medição manual de uma amostra da população. O aparecimento das recentes tecnologias de recuperação tridimensional com imagens veio anular esta falha, proporcionando um método adequado à aquisição de dados tridimensionais densos e precisos do corpo humano. Ao nível industrial, o facto de se tornar possível o manuseamento de modelos digitais dos objectos físicos traz vantagens visíveis na redução de custos. Uma simulação computacional com os modelos pode, por exemplo, dar a conhecer problemas que podem ser resolvidos antes da sua realização. Esta tecnologia também pode ser usada no controlo de produção, nomeadamente em inspecções e metrologia dimensional, aumentando a velocidade e qualidade da produção. Além disto, com a tecnologia emergente SFF (solid free-form fabrication), as reconstruções tridimensionais resultantes podem ser modificadas ou incorporadas na criação de novos produtos, obtendo-se os protótipos de objectos tridimensionais rapidamente. Também é iniciada a possibilidade do envio e recepção, para qualquer parte do mundo, de qualquer objecto de uma forma extremamente rápida (fax tridimensional). Com os protótipos pode-se ainda estudar o comportamento de novos produtos no mercado. O marketing é uma outra das áreas que beneficia desta tecnologia. Com os resultados das reconstruções podem ser criadas bases de dados tridimensionais de produtos que podem ser publicitados pela Internet ou visualizados em computadores, explorando as potencialidades que a tridimensionalidade contém. Uma dessas potencialidades é a do uso virtual do produto, por exemplo mobiliário, onde o utilizador pode, em sua casa, fazer medições ou compor o produto que mais lhe interessa com os vários componentes 4.º Ano de Engenharia Mecânica de Produção pág. 26 de 41