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Lab - Laboratório de Metrologia e Instrumentação - UFPR
Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques
AS
MÁQUINAS DE MEDIR POR
COORDENADAS (MMC)
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Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques
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.
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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
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Máquinas manuais
Máquinas automáticas
• Cnc
• joistick
Classificação
das
MMCs:
As MMCs
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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.
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Tipos de MMCs
Cantiléver Ponte Móvel Ponte Fixa
Coluna Braço Horizontal Pórtico Duplo Braço Horizontal
Figura 2.1: Tipos de MM3Cs
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Pórtico Cantiléver
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Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques TIPOS DE MMCs:
Ponte Móvel
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Ponte Fixa
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Ponte em forma de L
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Braço Horizontal
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Braço Horizontal
Duplo
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Pórtico
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Década de 80
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Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques LEGEX -9105 -MITUTOYO
Segundo o Fabricante:
“ A MMC mais exata do mundo ”
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SISTEMA DE MEDIÇÃO
• Escalas óticas fixas e móveis
• Franjas de Interferência : Moirè
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TIPOS DE
APALPADORES:
Apalpador por contato:
• Touch – trigger
• Rígidos
Sondas sem contato:
• Laser
• CCD
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Apalpador por contato
(touch-trigger)
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Funcionamento do apalpador
• 3 conjuntos de 3 cilindros
• Chave on-off
• “congelamento” das escalas
• Erro de pre-travel
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• 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
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Erro de Pre-travel
Sentido de maior força de contato
Pivô Pivô
R1 > R2
FC1 > FC2
Sentido de menor força de contato
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Típico Gráfico de Pré-travel
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Apalpador por contato:
Rígidos
Escalas nas direções
dos eixos
Maior exatidão
Menor Incerteza
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Magazine com vários tipos de pontas
Cabeçote motorizado com articulação
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TIPOS DE PONTA
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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
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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
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Qualificação do apalpador de medição
Desempeno
Z
X
Sistema de Coordenadas Auxiliar
Desempeno
DA
M
DPA
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Definir origem
do Sistema
de Coordenadas
Definir direção
e sentido da coordenada X
Gerar Plano de Referência
Alinhamento da peça
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Fluxograma de medição
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Fluxograma de medição
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ERROS
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ERROS
• ERRO DE ABBÈ
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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
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• ERROS TÉRMICAMENTE INDUZIDOS
• Influência do ambiente
• Pessoas
• Memória Térmica
• Calor gerado pela própria MMC
• ERROS CÍCLICOS
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• 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
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COMPENSAÇÃO
DE
ERROS
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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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Aula de Máquina de Medir por Coordenadas – Prof. Alessandro Marques LEGEX -9106 -MITUTOYO
(0,35+L /1000) mm
• Ponte Fixa
• Controle de vibração
• Automática
AS MELHORIAS !!
• Compensação do peso
da peça
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• Movimentação através
de Mancais Aerostáticos
LEGEX -9106 -MITUTOYO
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• Compensação automática de movimentação
Y
Erro da MMC
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• Escalas com resolução de 0,01 mm
• Fixação das Escalas
• Material das Escalas
LEGEX -9106 -MITUTOYO
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Calibração: Instrumentos e artefatos-padrão
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VERIFICAÇÃO : Artefatos-padrão
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Blocos-Padrão :
• distintos comprimentos em posições e orientações variadas
• 1D, 2D e 3D
• Posicionamento linear, perpendicularidade, pitch e yaw
Padrões Corporificados Unidimensionais
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Padrão escalonado :
• medição de comprimentos
• 0,5 m a 2,5 m
• dificuldade de transporte e manuseio.
Padrões Corporificados Unidimensionais
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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
Padrões Corporificados Unidimensionais
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Barra de Esferas :
ASME B89.4.1 - METHODS FOR
PERFORMANCE EVALUATION
OF COORDINATE MEASURING
MACHINES
Posições e orientações do
padrão
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Padrões Corporificados Bidimensionais Placas de esferas :
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Padrões Corporificados Bidimensionais Placas de furos :
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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.
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Padrões Corporificados Bidimensionais Placas com furos ou esferas :
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Padrões Corporificados Tridimensionais
Cubo com esferas nos vértices : 8 esferas
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Padrões Corporificados Tridimensionais Cubo com esferas nos vértices e estruturas com barras e esferas :
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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.
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Peça Padrão
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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.
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Resultados
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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.
ISO 10360-3:2000 - Geometrical Product Specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 3: CMMs with the axis of
a rotary table as the fourth axis, 12 pg.
Bibliografia
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ISO 10360-4:2000 - Geometrical Product Specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 4: CMMs used in
scanning measuring mode, 12 pg
ISO 10360-5:2010 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 5: CMMs using single
and multiple stylus contacting probing systems, 30 pg.
ISO 10360-6:2001 - Geometrical Product Specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 6: Estimation of errors in
computing Gaussian associated features, 19 pg.
ISO 10360-7:2011 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring machines (CMM) -- Part 7: CMMs equipped with
imaging probing systems, 39pg
ISO 10360-8:2013 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 8: CMMs with optical
distance sensors, 51 pg
Bibliografia
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ISO 10360-9:2013 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 9: CMMs with multiple
probing systems, 18 pg
ISO 10360-10:2016 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 10: Laser trackers for
measuring point-to-point distances, 42 pg
ISO 10360-12:2016 - Geometrical product specifications (GPS) -- Acceptance and
reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) -- Part 12: Articulated arm
coordinate measurement machines (CMM), 40 pg
Bibliografia
Lab - Laboratório de Metrologia e Instrumentação - UFPR
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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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