Aplicação - Medição de diâmetros

A medição de diâmetros, sejam internos ou externos, constituem uma das aplicações mais comuns em metrologia industrial. Furos e perfis circulares podem ser observados em praticamente quase todas peças usinadas ou injetadas, tornando-se necessária a inspeção de tolerâncias de diâmetros, tolerâncias de forma (circularidade, cilindricidade), tolerâncias de posicão (concentricidade e coaxilidade) e tolerâncias de batimento circular.

Diversos sistemas de medição podem ser empregados para inspeção das tolerâncias citadas. A metrologia tradicional dispõem de extensa gama de soluções para realização de medições em laboratório, variando de calibradores padrão até mesas tridimensionais automáticas. Estas soluções, apesar das excelentes características de exatidão e repetibilidade, são normalmente inapropriadas para aplicações em chão-de-fábrica. Dentre os principais fatores que inviabilizam ou dificultam a aplicação de equipamentos de metrologia tradicionais em ambientes fabris, vale citar:

  • Fragilidade dos instrumentos aos contaminantes presentes no ambiente (especialmente fluídos de corte e lubrificação);
  • Necessidade de conhecimento técnico básico do instrumento de medição para sua correta utilização, avaliação dos resultados e redução de danos/quebras;
  • Necessidade de ambiente controlado (temperatura e umidade) para manutenção das características de exatidão e repetibilidade do instrumento
  • Longo ciclo de medição por peça;

Neste contexto a Metrolog oferece diversos sistemas de medição especialmente projetados para aplicação em chão-de-fábrica. Apesar das diferentes tecnologias empregadas, a medição em alta escala (linhas de produção), com critérios restritos de repetibilidade e exatidão, são pontos fundamentais considerados.

 

Tecnologia eletropneumática

A medição eletropneumática emprega ar-comprimido para deteção de pequenas variações dimensionais. Seu princípio físico se baseia no fato que o fluxo e pressão do ar-comprimido possuem relação direta com a redução da superfície de escape. Desta forma, em um sistema onde o ar-comprimido escapa para a atmosfera através de uma pequena abertura, é possível observar alterações do fluxo e pressão ao se aproximar o jato de uma superfície.

Este sistema é adequado para inspeção de diâmetro interno/externo na faixa de 3 a 300mm, com tolerâncias entre 0,001 mm e 0,080 mm. Aplicações típicas permitem utilização de resolução 0,0001 mm, com repetibilidade inferior a 0,0002 mm. O processo de medição tem pequeno drift térmico, sendo pouco suceptível às variações de temperatura ambiente. Em casos especiais onde há tolerâncias restritas, ou ocorre a medição de materiais com acentuado coeficiente de dilatação, é possível adicionar compensação de temperatura a malha de processamento do equipamento.

Um sistema de medição típico emprega uma ferramenta de medição, dois padrões para calibração, um equipamento eletropneumático, além de um suprimento de ar-comprimido.

Para medição de diâmetros internos e tolerâncias correlatas, emprega-se uma ogiva pneumática. Esta ferramenta tipicamente possui 2 ou 3 saídas de escape (jatos) e deve ser inserida no furo a ser inspecionado. Na foto 1 é mostrado um sistema de medição completo, incluindo uma coluna M20-2P, uma ogiva pneumática dupla (para medição de 2 diâmetros concentricos) e dois padrões para calibração.

Aplicação M20 para inspeção de diâmetro interno

Foto 1 - M20-2P e ogiva para inspeção de dois diâmetros internos concentricos

Após configuração inicial (valores nominais, tolerâncias do processo, etc) e calibração inicial do equipamento, o processo de medição e avaliação do resultado é bastante simples, resumindo-se apenas à inserção da peça à ogiva e leitura do valor no LCD/Bargraph, ou avaliação da cor do bargraph (indicação multicor, como verde para aprovado e vermelho para reprovado). Opcionalmente comandos externos podem ser conectados ao equipamento, permitindo indicações externas, seleção de peças ou ajustes operacionais em processos de usinagem.

Para medição de diâmetros externos utiliza-se sistema similar, alterando-se apenas a ferramenta de medição e padrões para calibração. Neste caso utiliza-se anel pneumático ou ferradura pneumática, e rolos padrão para calibração do dispositivo.

Aplicação M20 para inspeção de diâmetro externo

Foto 2 - M20-1P e ferradura pneumática para inspeção de diâmetro externo

Devido a estreita faixa de medição permitida pelo sistema eletropneumático (tipicamente ±0,040), a ferramenta de medição deve ser fabricada especialmente para o diâmetro considerado. Além disso alguns outros fatores como rugosidade e geometria devem ser considerados para a escolha desta tecnologia de medição.

Em linhas gerais a medição eletropneumática é indicado para peças usinadas com algum acabamento de superfície. A robustez do sistema, mínimo desvio térmico, alta-precisão e repetibilidade, além da capacidade de auto-limpeza da peça inspecionada, fazem dessa tecnologia de medição a escolha certa para linhas de produção de alto volume, onde a medição de 100% das peças produzidas é desejada.

 

Tecnologia eletrônica (LVDT)

A medição eletrônica emprega sensores do tipo LVDT para deteção de pequenas variação dimensional. Estes transdutores são construídos em duas partes - enrolamentos e núcleo - e apresentam características excepcionais de linearidade, repetibilidade e vida útil. Os transdutores LVDT são separados em dois grandes grupos, de acordo com o encapsulamento oferecido: sensores de núcleo solto e sensores tipo gagehead ou "caneta".

Aplicações de medição de diâmetro externo usualmente empregam sensores LVDT do tipo gagehead, que apresentam um êmbolo móvel guiado por sistema de rolamento linear ou bucha de suporte. Nestas aplicações dois sensores são fixados a um anel ou prisma, onde a peça a ser inspecionada é inserida ou apoiada. Os modelos mais comuns são das linhas LBB e GCA. Neste sistema de medição, conhecido como modo-diferencial, os transdutores trabalham em conjunto retornando ao equipamento apenas a diferença de medida detectada. Esta montagem elimina os possíveis erros ocasionados por desalinhamento, incorreto posionamento da peça ou oscilações presentes no processo de medição.

Aplicação M20 para inspeção de diâmetro externo

Foto 3 - M20-4S e anel eletrônico (com sensores LBB315PA-040)
para inspeção de diâmetro externo

Para medição de diâmetros internos é empregado ogiva da medição eletrônica, como a série Metrolog DS20. As ogivas apresentam um sistema de transmissão do movimento radial de pequenos apalpadores para movimento axial, detectado por um transdutor LVDT de alta-precisão. As ogivas eletrônicas possuem campo de medição típico de ± 0,15 mm, permitindo inspeção de furos durante o processo de usinagem e acabamento.

M20-4S com ogiva eletrônica DS20 e padrões

Foto 4 - M20-4S com ogiva eletrônica DS20 e rolos-padrão de calibração

Em linhas gerais a medição eletrônica, empregando transdutores LVDT, é indicado para peças em processo de usinagem e usinadas. A robustez do sistema, mínimo desvio térmico, alta-precisão e repetibilidade e grande campo de medição, fazem dessa tecnologia de medição a escolha certa para linhas de produção de alto volume e mistas, onde a medição de 100% das peças produzidas é desejada.

 

Tecnologia laser

A medição empregando laser emprega óptica avançada e processamento digital para medição de altíssima precisão de diâmetros externos e internos. Nas aplicações típicas emprega-se um micrômetro laser e uma coluna de medição M20-2L. Este sistema de medição utiliza de um processo de varredura de um feixe laser capaz de detectar o diâmetro externo de peças com resolução de até 0,000033mm (conforme modelo utilizado). Dentre as principais vantagens vale citar a medição sem contato, excelente estabilidade térmica e auto-calibração.

O sistema de medição laser permite a inspeção do diâmetro em processos onde outras tecnologias não podem ser aplicadas, como a inspeção contínua em saídas de extrusoras, medição de peças a altas temperaturas, inspeção em materiais frágeis ou que apresentam fino polimento de superfície.

M20-2L e micrômetro laser XLS

Foto 5 - M20-2L e micrômetro laser XLS

A medição de diâmetros também pode ser realizada através da aplicação de cabeçotes laser. Diferentemente dos micrômetros laser, os cabeçotes operam sob o princípio de triangulação. Este método de medição dispara um feixe laser sobre a superfície a ser observada e detecta o ângulo de retorno do feixe através de um sensor CMOS de alta-definição. Aplicação criteriosa deste transdutor permite inspeção de grande peças, desembobinamento de rolos, medição contínua em processos de extrusão e injeção de plástico, entre outros.

M20-2L e cabeçote laser Atlas

Foto 6 - M20-2L e cabeçote laser Atlas

Seleção da tecnologia de medição adequada

Diversos fatores influenciam a escolha do sistema de medição. Em diversas aplicações diferentes tecnologias podem ser aplicadas com o mesmo resultado final. De forma geral os seguintes fatores devem ser observados para correta implementação do sistema de medição:

  • Dimensão e tolerâncias consideradas
  • Volume de peças em produção e medição, ou ciclo de medição exigido
  • Características de acabamento da peça e material
  • Ambiente de medição (temperatura, contaminantes, etc)
  • Investimentos em dispositivos, ferramental e padrões