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Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques

AS

MÁQUINAS DE MEDIR POR

COORDENADAS (MMC)



INTRODUÇÃO

flexibilidade

rapidez

confiança

• As Máquinas de Medir por Coordenadas (as MMCs) foram criadas por Ferranti, a cerca de 60 anos.

De acordo com a British Standard institution (BSi) a definição de MMC é: um dispositivo com a capacidade de medir coordenadas

cartesianas de pontos espaciais que inclui: apalpador de medição, estrutura, escala de medição e programas computacionais.



INTRODUÇÃO

As MMCs são constituídas por vários subsistemas:

os elementos estruturais:

• 3 eixos coordenados,

• a base da máquina,

• o desempeno para suporte

das peças a serem medidas,

• as colunas e guias,

• as réguas óticas e

• os mancais aerostáticos

X Y

Z



Máquinas manuais

Máquinas automáticas

• Cnc

• joistick

Classificação

das

MMCs:

As MMCs



INTRODUÇÃO

o sistema de apalpamento:

•apalpador de medição e

•a interface eletrônica.

o programa computacional e o computador dedicado:

•uma interface para leitura do sistema eletrônico do apalpador,

•uma interface para leitura das réguas óticas

•algoritmos para o cálculo das características da medição desejada.



Tipos de MMCs

Cantiléver Ponte Móvel Ponte Fixa

Coluna Braço Horizontal Pórtico Duplo Braço Horizontal

Figura 2.1: Tipos de MM3Cs



Pórtico Cantiléver


Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques TIPOS DE MMCs:

Ponte Móvel



Ponte Fixa



Ponte em forma de L



Braço Horizontal



Braço Horizontal

Duplo



Pórtico



Década de 80


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Segundo o Fabricante:

“ A MMC mais exata do mundo ”



SISTEMA DE MEDIÇÃO

• Escalas óticas fixas e móveis

• Franjas de Interferência : Moirè



TIPOS DE

APALPADORES:

Apalpador por contato:

• Touch – trigger

• Rígidos

Sondas sem contato:

• Laser

• CCD



Apalpador por contato

(touch-trigger)



Funcionamento do apalpador

• 3 conjuntos de 3 cilindros

• Chave on-off

• “congelamento” das escalas

• Erro de pre-travel



• Apalpador em posição de repouso; contatos

Movimento da

máquina

• A ponta do apalpador faz contato

com a peça;

• Há uma reação no mecanismo do

apalpador devido a força de medição

resultando no deslocamento da ponta

do apalpador;

Reação a

força

Força de

Contato

• A ponta do apalpador gira sobre os

contatos, resultando em um ou dois

movimentos das partes;

Contato

separado Giro sobre os

contatos

• A máquina retorna e o apalpador volta

a posição inicial.

A medição com Apalpador por contato



Erro de Pre-travel

Sentido de maior força de contato

Pivô Pivô

R1 > R2

FC1 > FC2

Sentido de menor força de contato



Típico Gráfico de Pré-travel



Apalpador por contato:

Rígidos

Escalas nas direções

dos eixos

Maior exatidão

Menor Incerteza



Magazine com vários tipos de pontas

Cabeçote motorizado com articulação



TIPOS DE PONTA



Programa Computacional

1) Fixa-se a peça no desempeno;

2) Escolhe-se a medição que se deseja

fazer utilizando o programa

computacional;

3) Com o apalpador de medição

toma-se pontos coordenados no

perfil da peça dentro do volume de

trabalho da máquina;

4) Verifica-se o resultado calculado

pelo programa.

Como fazer uma medição



Usuário

Programa

Computacional

MM3C Dados

Informações

Informações Informações

Programa de medição

Medição de várias características Pontos, retas, círculos, planos, cones , esferas, superfícies quaisquer

Distâncias , ângulos

Erros de forma , posição e orientação

Programa Computacional



Qualificação do apalpador de medição

Desempeno

Z

X

Sistema de Coordenadas Auxiliar

Desempeno

DA

M

DPA



Definir origem

do Sistema

de Coordenadas

Definir direção

e sentido da coordenada X

Gerar Plano de Referência

Alinhamento da peça



Fluxograma de medição



ERROS



ERROS

• ERRO DE ABBÈ



ERROS

• ERROS GEOMÉTRICOS

PITCH

YAW

ROLL

Retilineidade

horizontal

Retilineidade

vertical Erro de posição

MOVIMENTO X Y

Z

Erros de Translação

Erros de Rotação

Erro de montagem



• ERROS TÉRMICAMENTE INDUZIDOS

• Influência do ambiente

• Pessoas

• Memória Térmica

• Calor gerado pela própria MMC

• ERROS CÍCLICOS



• ERROS DINÂMICOS

Fontes de vibrações:

• as máquinas ferramentas,

• os compressores de ar,

• equipamentos de ventilação

• ERROS DO APALPADOR

• Erro de Esfericidade da ponta da sonda

• Erro de Abbè devido ao tamanho da haste

• Erro de Pre-Travel



COMPENSAÇÃO

DE

ERROS



Compensação de Erros em MMCs

MELHORIA DA MMC

1a Idéia: Anulação dos erros

•Aumento de precisão na fabricação

•Melhoria nos projetos das máquinas

2a Idéia:

Compensação dos erros

• Modificações do posicionamento físico

• Programas Computacionais

Matriz de Erros (Erros pré determinados )


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(0,35+L /1000) mm

• Ponte Fixa

• Controle de vibração

• Automática

AS MELHORIAS !!

• Compensação do peso

da peça



• Movimentação através

de Mancais Aerostáticos

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• Compensação automática de movimentação

Y

Erro da MMC



• Escalas com resolução de 0,01 mm

• Fixação das Escalas

• Material das Escalas

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Calibração: Instrumentos e artefatos-padrão



VERIFICAÇÃO : Artefatos-padrão



Blocos-Padrão :

• distintos comprimentos em posições e orientações variadas

• 1D, 2D e 3D

• Posicionamento linear, perpendicularidade, pitch e yaw

Padrões Corporificados Unidimensionais



Padrão escalonado :

• medição de comprimentos

• 0,5 m a 2,5 m

• dificuldade de transporte e manuseio.




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Barra de Esferas :

• simples e de baixo custo

• medição de distâncias pré-calibradas

• várias posições e orientações

• necessidade de barras com comprimentos variados




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Barra de Esferas :

ASME B89.4.1 - METHODS FOR

PERFORMANCE EVALUATION

OF COORDINATE MEASURING

MACHINES

Posições e orientações do

padrão



Padrões Corporificados Bidimensionais Placas de esferas :



Padrões Corporificados Bidimensionais Placas de furos :



Placas de furos e de esferas :

• os diâmetros e as distâncias entre esferas são padronizados,

• baseia-se no posicionamento do padrão no volume de trabalho da

MMC em posições estratégicas e execução de medições das distâncias

entre as esferas,

• determinação dos 21 erros geométricos, gerando o mapa de erros,

• limitantes: dimensões, peso, demora na realização do ensaio e custo

elevado,

• Maiores 1,0 m x 1,0 m - para máquinas maiores, posições superpostas,

• dificuldade de transporte e manuseio.



Padrões Corporificados Bidimensionais Placas com furos ou esferas :



Padrões Corporificados Tridimensionais

Cubo com esferas nos vértices : 8 esferas



Padrões Corporificados Tridimensionais Cubo com esferas nos vértices e estruturas com barras e esferas :



Padrões Corporificados Tridimensionais

Cubo com esferas nos vértices e estruturas com barras e esferas :

• montagem tridimensional de barras de esferas de grande

estabilidade dimensional;

• as esferas podem ser de carbeto de tungstênio ou de aço,

acopladas umas às outras através de barras reforçadas com

fibra de carbono;

• facilidade de avaliação de vários erros

geométricos conjuntamente;

• alto custo envolvido na construção e calibração.



Peça Padrão



Ensaios de aceitação

Os ensaios de aceitação, bem como as inspeções periódicas e

as calibrações, devem ser realizados utilizando o mesmo

equipamento e nas mesmas condições no que diz respeito a

hardware e a software para análise e processamento de dados,

devendo ser utilizados, para os diferentes tipos de ensaios, os

mesmos objetos de referência.



Resultados



Marques, A. (2003) Uma Interface Eletrônica e Computacional para Medições a Três

Coordenadas. EESC – USP São Carlos, 150 pg.

Flack, David. (2011) Good Practice Guide no 42 – CMM Verification, NPL, 101 pg, ISSN

1368-6550.

ISO 10360-1:2000 - Geometrical Product Specifications (GPS) -- Acceptance and

reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 1: Vocabulary, 44pg.

ISO 10360-2:2009 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and

reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 2: CMMs used for

measuring linear dimensions, 29 pg.


reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 3: CMMs with the axis of

a rotary table as the fourth axis, 12 pg.

Bibliografia




reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 4: CMMs used in

scanning measuring mode, 12 pg


reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 5: CMMs using single

and multiple stylus contacting probing systems, 30 pg.


reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 6: Estimation of errors in

computing Gaussian associated features, 19 pg.


reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 7: CMMs equipped with

imaging probing systems, 39pg


reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 8: CMMs with optical

distance sensors, 51 pg

Bibliografia




reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 9: CMMs with multiple

probing systems, 18 pg


reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 10: Laser trackers for

measuring point-to-point distances, 42 pg


reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 12: Articulated arm

coordinate measurement machines (CMM), 40 pg

Bibliografia



Pfeifer, Tilo (2002) “ Metrology Production”-Oldenbourg Verlag, 2002, 421 pg , München,

ISBN 3- 486-25885-0.

Farago, Francis (1982) “Handbook of Dimensional Handbook”, 2nd Edition, Industrial Press,

New York, ISBN-00 8311-1136-4.

Bosch, John (1995) “Coordinate Measuring Machines and System”, Marcel Dekker Edition,

New York, 496 pg, ISBN 8247-9581-4.

Link, Walter (2005) “ Metrologia mecânica Expressão da Incerteza de medição”, Mitutoyo

Editora, 174 páginas, 2ª edição, ISBN 9788 5216 15637.

Link, Walter (2005) “ Tópicos Avançados da Metrologia Mecânica Confiabilidade

Metrológica e suas aplicações”, Mitutoyo Editora, 263 pg, 2ª edição.

Bibliografia Complementar

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