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  • 1

    Francisco Augusto Arenhart

    Desempenho Metrolgico de Mquinas de Medio por Coordenadas no mbito

    Industrial Brasileiro

    Florianpolis, maio de 2007.

  • 2

    Desempenho Metrolgico de Mquinas de Medio por Coordenadas no mbito

    Industrial Brasileiro

    Trabalho submetido ABCM para

    participao do Prmio ABCM-Yehan

    Numata, na categoria de graduao.

    Autor: Francisco Augusto Arenhart,

    graduando do curso de Engenharia

    Mecnica da Universidade Federal de

    Santa Catarina.

    Orientadores:

    Prof. Gustavo Daniel Donatelli, Dr. Eng.

    Crhistian Rafaello Baldo, M.Sc.

    Florianpolis, maio de 2007.

  • 3

    AGRADECIMENTOS

    Ao orientador Prof. Gustavo Donatelli, por ter me aberto as portas ao

    universo da metrologia e pela confiana depositada ao longo dos anos.

    Ao orientador Crhistian R. Baldo, pela oportunidade de participao no

    trabalho e pelas discusses desenvolvidas, o que proporcionou um grande

    meio de aprendizado.

    Fundao CERTI (em especial ao Eng. Mateus Dieckmann de Oliveira

    e ao Eng. Alexandre Lucas), por todo a suporte fornecido para as realizaes

    dos experimentos.

    s empresas participantes, pelo acolhimento da idia e pelas horas

    cedidas aos experimentos.

  • 4

    RESUMO

    Os processos de produo esto sujeitos a fatores que de forma mais ou

    menos significativa afetam a qualidade do produto final. Os processos de

    medio, da mesma forma, apresentam susceptibilidade a fatores como

    condies ambientais, exatido dos equipamentos de medio, capacitao

    dos operadores e planejadores da medio, etc., os quais podem influenciar,

    tambm de forma mais ou menos significativa, a qualidade do produto final

    deste tipo de processo: o resultado de medio.

    O presente trabalho resultado final do estgio de concluso de curso

    em Engenharia Mecnica na Universidade Federal de Santa Catarina,

    realizado no perodo de 1 de maio a 21 de agosto de 2006, com dois objetivos:

    gerar um banco de dados de medies reais que servir a um projeto de

    doutorado, e realizar um estudo sobre alguns dos fatores de influncia mais

    relevantes em medio por coordenadas, sendo este ltimo o objeto especfico

    desta monografia.

    Para investigar o grau de influncia de cada uma das principais fontes

    de erro em medio por coordenadas, foi planejado e desenvolvido um estudo

    comparativo experimental com algumas empresas brasileiras. Como meio de

    comparao, foi conduzida uma intercomparao a partir de uma pea padro

    com especificaes geomtricas de produto (GPS) calibradas. Para

    complementar os experimentos, foram efetuadas medies em artefatos de

    referncias e em peas das prprias empresas, as quais foram posteriormente

    calibradas. O estudo contou com a participao de trs empresas de produo

    metal-mecncia automotiva, uma montadora de sistemas de direo, e um

    laboratrio de calibrao.

    Os resultados que sero aqui apresentados podem ser vistos como uma

    pequena amostra, mas consideravelmente representativa, da situao global

    da medio por coordenadas industrial brasileira.

  • 5

    SUMRIO

    1. DESEMPENHO METROLGICO NA MEDIO POR COORDENADAS..... 6

    1.1. FONTES DE ERRO EM MEDIO POR COORDENADAS ................... 6

    1.1.1. Erros relativos estrutura da mquina de medio .......................... 7

    1.1.2. Erros relativos ao sistema de apalpao......................................... 11

    1.1.3. Erros relativos ao ambiente de medio ......................................... 17

    1.1.4. Erros relativos ao software de medio .......................................... 19

    1.1.5. Erros relativos pea, estratgia e operador.................................. 21

    1.2. ESTRATGIAS DE MEDIO E AVALIAO: ESPECIFICAES

    GEOMTRICAS EM MEDIO POR COORDENADAS.............................. 24

    1.2.1. A estratgia de medio.................................................................. 25

    1.2.2. A estratgia de avaliao ................................................................ 27

    1.3. RASTREABILIDADE E INCERTEZA EM MEDIO POR

    COORDENADAS.......................................................................................... 32

    2. ESTUDO COMPARATIVO DE MQUINAS DE MEDIO POR

    COORDENADAS ............................................................................................. 36

    2.1. DEFINIO DA PEA PADRO CALIBRADA ..................................... 37

    2.1.1. Estratgias de medio e avaliao................................................ 38

    2.1.2. Calibrao da pea ......................................................................... 39

    2.2. REALIZAO DA COMPARAO UTILIZANDO A PEA PADRO... 40

    2.2.1. Procedimento de medio............................................................... 40

    2.2.2. Anlise de varincias ...................................................................... 41

    2.2.3. Anlise pelas cartas de tendncia e amplitude ............................... 46

    2.3. ENSAIOS DE VERIFICAO DOS APALPADORES ........................... 48

    2.4. ESTUDO UTILIZANDO PEAS DAS EMPRESAS ............................... 50

    3. CONCLUSES ............................................................................................ 54

    4. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................. 56

    ANEXO I Desenho Simplificado da Pea Padro.......................................... 58

    ANEXO II Estratgia de Medio e Valores Calibrados da Pea Padro ..... 61

  • 6

    1. DESEMPENHO METROLGICO NA MEDIO POR COORDENADAS

    O conhecimento das potencialidades de um sistema de medio de

    extrema importncia para a definio da metrologia que ser responsvel pelo

    controle das especificaes de projeto de um produto. Mais importante do que

    conhecer as potencialidades, entretanto, conhecer as limitaes que

    apresentam os sistemas de medio. Neste captulo sero abordados alguns

    aspectos relevantes da tecnologia de medio por coordenadas, com nfase

    queles relacionados ao trabalho desenvolvido.

    1.1. FONTES DE ERRO EM MEDIO POR COORDENADAS

    A tecnologia de medio por coordenadas trouxe para o campo da

    metrologia dimensional significativa flexibilidade e versatilidade, principalmente

    a partir da dcada de 80, quando foram introduzidas as primeiras mquinas

    utilizando sistemas de controle automatizados (CNCs). Entretanto, a

    complexidade desta tecnologia, em termos construtivos, operacionais e de

    processamento de dados, acarreta uma vasta gama de fatores que podem ter

    influncia, positiva ou negativa, sobre o resultado de uma medio, exigindo o

    gerenciamento adequado para que se possa tirar o maior proveito da

    tecnologia.

    No que diz respeito s fontes de erro de medio, a literatura de

    medio por coordenadas usualmente as subdivide em grupos de influncia.

    Uma das formas de classificao mais difundidas considera quatro grandes

    grupos: equipamento, ambiente, pea e operador. A figura 1.1 apresenta um

    extrato das fontes de erros normalmente mais relevantes na medies com

    uma mquina de medio por coordenadas convencional, sendo importante

    observar que as fontes indicadas no so necessariamente independentes.

  • 7

    Figura 1.1 Diagrama de Ishikawa das principais fontes de erro em medio por coordenadas

    (cedido por [1])

    1.1.1. Erros relativos estrutura da mquina de medio

    As fontes de erro em uma mquina de medio por coordenadas so

    geralmente constitudas por aspectos estruturais mecnicos, construtivos e de

    montagem, envolvendo os elementos da mquina (guias, mancais, escalas). O

    modelo mais amplamente utilizado para descrever os erros geomtricos

    resultantes da parte estrutural o de corpo rgido [2].

    yrz

    yrxyry

    ytz

    ytx

    ypy

    Guia Y

    yrz

    yrxyry

    ytz

    ytx

    ypy

    Guia Y

    Figura 1.2 Modelo de erros paramtricos de uma guia rgida

    Considerando o modelo de corpo rgido para uma guia apenas (a guia Y,

    no exemplo), existem seis graus de liberdade (trs de rotao e trs de

    translao) que podem gerar erros de deslocamentos do sistema de apalpao

    em relao s escalas. Erros de rotao desta podem se dar em torno do eixo

  • 8

    Z (yrz), movimento denominado guinada (yaw), em torno do eixo X (yrx),

    denominado este de arfagem (pitch), ou em torno do prprio eixo Y (yry),

    chamado este de rolagem (roll). Erros de translao podem ser de retitude

    das guias (ytz e ytx) ou advindos das escalas (ypy).

    Cada guia em uma MMC apresenta estes seis erros, constituindo, em

    uma mquina tipo portal, por exemplo, 18 erros paramtricos. Alm destes,

    existem ainda trs erros de esquadro (perpendicularidade) entre as guias/

    escalas (xwy, ywz e zwx), como ilustrado na figura 1.3 (a), totalizando os 21

    erros geomtricos encontrados nas mquinas de medio por coordenadas

    com trs eixos. Tais desvios geomtricos podem ser advindos da fabricao

    (erros de planeza e retitude), montagem (e ajustes mecnicos) ou desgaste

    dos elementos.

    Em uma MMC tipo portal, os erros que trazem influncia mais acentuada

    sobre os resultados, devido a sua magnitude, costumam ser os erros de

    perpendicularidade e de escala [3]. A ortogonalidade entre as guias ajustada

    mecanicamente na montagem (ou manuteno), pelos parafusos que fixam os

    mancais aos elementos estrut

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