PARTE IIPARTE II

METROLOGIAMETROLOGIA

Prof. Marco Antonio Martins CavacoProf. Marco Antonio Martins Cavaco

2002 – I2002 – ILaboratório de Metrologia e AutomatizaçãoLaboratório de Metrologia e Automatização

Departamento de Engenharia MecânicaDepartamento de Engenharia MecânicaUniversidade Federal de Santa CatarinaUniversidade Federal de Santa Catarina

ConteúdoConteúdo

1 CONTROLE GEOMÉTRICO1 CONTROLE GEOMÉTRICO

1.1 TOLERÂNCIA GEOMÉTRICA

1.1.1 Tolerâncias Dimensionais (Tolerâncias de Fabricação) 1.1.2 Desvios de forma

1.1.2.1 Tolerâncias de Posição 1.1.2.2 Tolerância de orientação 1.1.2.3 Tolerância de forma 1.1.2.4 Tolerância de movimentação 1.1.2.5 Rugosidade

1.1.3 Causas dos desvios de forma

1.2 MEDIÇÃO DE UM COMPRIMENTO

1.3 CONTROLE DE UMA DIMENSÃO

1.4 CAUSAS DE ERROS NAS MEDIÇÕES DE COMPRIMENTO

1.4.1 Fatores de Natureza Mecânica 1.4.2 Fatores de Natureza Geométrica 1.4.2 Fator de Natureza Física

2 BLOCOS PADRÃO2 BLOCOS PADRÃO

2.1 GENERALIDADES

2.1.1 Definição 2.1.2 Tipos 2.1.3 Fabricação 2.1.4 Normas e Fabricantes 2.1.5 Apresentação – Jogos

2.2 ASPECTOS OPERACIONAIS

2.2.1 Recomendações de Utilização 2.2.2 Composição de Blocos Padrão 2.2.3 Acessórios

2.3 DEFINIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM BLOCO PADRÃO E ERROS

2.3.1 Comprimento de um Bloco Padrão 2.3.2 Caracterização dos Erros

2.4 AS CLASSES DE ERRO E SUAS APLICAÇÕES 2.5 ERRO DE UMA COMPOSIÇÃO DE BLOCOS

2.6 BLOCOS PADRÃO DE CERÂMICA

2.6.1 Resistência a Corrosão 2.6.2 Resistência à Abrasão 2.6.3 Estabilidade Dimensional 2.6.4 Coeficiente de Expansão Térmica, Módulo de Elasticidade, Dureza eCondutibilidade Térmica 2.6.5 Aderência das Superfícies 2.6.6 Resistência Mecânica a Impactos 2.6.7 Gravações

2.7 MÉTODOS DE CALIBRAÇÃO DE BLOCOS PADRÃO

2.7.1 Método Diferencial 2.7.2 Método Interferométrico

3 PAQUÍMETRO3 PAQUÍMETRO

3.1 ASPECTOS GERAIS

3.1.1 Definição 3.1.2 Características Construtivas 3.1.3 Tipos de Paquímetros 3.1.4 Aspectos Operacionais

3.2 COMPORTAMENTO METROLÓGICO

4 MICRÔMETROS4 MICRÔMETROS

4.1 INTRODUÇÃO 4.2 PARAFUSOS DE MEDIÇÃO 4.3 MICRÔMETROS

4.3.1 Tipos de Micrômetros 4.3.2 Micrômetros Digitais

4.4 FONTES DE ERROS NAS MEDIÇÕES COM MICRÔMETROS 4.5.1 PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO

4.5.1 Cuidados Iniciais 4.5.2 Normas Técnicas 4.5.3 Parâmetros a Serem Qualificados 4.5.4 Intervalos de Calibração

4.6 EXEMPLOS 4.7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

55 MEDIDORES DE DESLOCAMENTO MEDIDORES DE DESLOCAMENTO

5.1 INTRODUÇÃO

5.1.1 Importância 5.1.2 Medição Diferencial

5.2 MEDIDORES MECÂNICOS

5.2.1 Sistema de Mola Torcional 5.2.2 Relógios comparadores

5.3 MEDIDORES PNEUMÁTICOS 5.4 ELÉTRICOS ANALÓGICOS

5.4.1 Resistivos 5.4.2 Indutivo 5.4.3 Capacitativo 5.4.4 Fotoelétrico

5.5 MEDIDORES ELÉTRICOS DIGITAIS

5.5.1 Medidores com Escalas Eletroópticas Incrementais 5.5.2 Medidores com Escalas Eletroópticas Absolutas 5.5.3 O Laser Interferométrico

5.6 NORMAS RELATIVAS AOS MEDIDORES DE DESLOCAMENTO

6 INSTRUMENTOS AUXILIARES DE MEDIÇÃO6 INSTRUMENTOS AUXILIARES DE MEDIÇÃO

6.1 MATERIALIZAÇÃO DE FORMAS GEOMÉTRICAS SIMPLES 6.2 DESEMPENOS 6.3 RÉGUAS 6.4 ESQUADROS

7 CALIBRADORES7 CALIBRADORES

7.1 INTRODUÇÃO 7.2 CARACTERÍSTICAS DE FABRICAÇÃO 7.3 TIPOS E APLICAÇÕES 7.4 CALIBRADORES FIXOS

7.4.1 Calibradores Tampões 7.4.2 Calibradores Anulares 7.4.3 Calibradores de Boca e Calibradores Planos 7.4.4 Calibradores tipo Haste 7.4.5 Calibradores de Roscas Cilíndricas 7.4.6 Calibradores de Roscas Cônicas

7.5 QUALIFICAÇÃO DE CALIBRADORES

8 MÁQUINAS DE MEDIR8 MÁQUINAS DE MEDIR

8.1 INTRUDUÇÃO 8.2 MÁQUINA ABBÉ 8.3 MICROSCÓPIOS DE MEDIÇÃO 8.4 PROJETORES DE PERFIL 8.5 MÁQUINAS DEDICADAS 8.6 MESAS DIVISORAS

9 MÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADAS9 MÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADAS

9.1 IMPORTÂNCIA 9.2 MEDIÇÃO POR COORDENADAS 9.3 CONFIGURAÇÕES MECÂNICAS 9.4 APALPADORES 9.5 ERROS DE MEDIÇÃO 9.6 NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO

9.7 ASPECTOS ECONÔMICOS

10 AUTOMAÇÃO DO CONTROLE DIMENSIONAL10 AUTOMAÇÃO DO CONTROLE DIMENSIONAL

10.1 INTRODUÇÃO 10.2 ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS DE MEDIÇÃO

10.3 CONTROLE DIMENSIONAL NO PROCESSO

10.3.1 Controle próximo à Unidade de Fabricação 10.3.2 Controle junto à Unidade de Fabricação 10.3.3 Controle dentro da Unidade da Fabricação

10.4 INTEGRAÇÃO DA INFORMAÇÃO

11 MEDIÇÃO DE ROSCAS11 MEDIÇÃO DE ROSCAS

11.1 GEOMETRIA DE ROSCAS 11.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE ROSCAS

11.2.1 Comparação dos Métodos Ópticos e Mecânicos 11.2.2 Métodos Mecânicos de Medição de Roscas 11.2.3 Método Óptico de Medição de Roscas Externas

1

Capítulo 1Capítulo 1

CONTROLE GEOMÉTRICOCONTROLE GEOMÉTRICO

O controle geométrico trata basicamente dos procedimentos de determinação de dimensões,forma e posição de elementos sólidos. Para isto deve-se considerar o comportamentometrológico do sistema de medição e a condição do objeto a medir.

Deve-se ter em mente que na fabricação de uma peça não se consegue obter a formageométrica perfeita, assim ao usinar um cilindro tem-se erros de circularidade na seçãotransversal. Se este cilindro foi usinado em um torno comum, um torno de precisão ou umaretifica, naturalmente e de se esperar que os erros de circularidade sejam, respectivamente, devalor decrescente. Quanto mais sofisticado o processo de fabricação, menor será o valor datolerância de fabricação estipulada para a geometria em questão.

Desse modo, para garantir que os desvios de fabricação não prejudiquem a montagem e ofuncionamento perfeito das peças, o controle geométrico passa a ser necessário e é realizadoatravés de especificações de tolerâncias geométricas.

1.11 .1 TOLERÂNCIA GEOMÉTRICATOLERÂNCIA GEOMÉTRICA

Os desvios geométricos permissíveis para a peça são previamente indicados, aplicando-setolerâncias geométricas que são os limites dentro dos quais as dimensões e formas geométricaspossam variar sem que haja comprometimento do funcionamento e intercambiabilidade daspeças.

Tais desvios podem ser macrogeométricos, sendo desvios macroscópicos como retilineidade,planeza, dimensões nominais e desvios microgeométricos, sendo desvios superficiaismicroscópicos como rugosidade e aspereza.

A figura 1.1 ilustra os tipos de tolerâncias que compõem as tolerâncias geométricas.

Tolerâncias Geométricas

Tolerância Dimensional

Tolerânciade

Forma

Tolerânciade

Orientação

Desvios de Forma

Tolerânciade

Movimento

Tolerânciade

Localização

Tolerânciade

OndulaçãoRugosidade

Figura 1.1 – Quadro geral das Tolerâncias Geométricas.Figura 1.1 – Quadro geral das Tolerâncias Geométricas.

2

1 .1 .11 .1 .1 Tolerâncias Dimensionais (Tolerâncias de Fabricação)Tolerâncias Dimensionais (Tolerâncias de Fabricação)

Os limites de erros (tolerâncias dimensionais) que uma peça pode apresentar em suageometria, são estabelecidos pelo projetista da mesma, em função da aplicação prevista paraa peça.

A determinação destas tolerâncias é um problema de projeto mecânico e não será abordadoneste curso. Esta determinação exige grande experiência e/ou o conhecimento deprocedimentos normalizados.

Existem sistemas de tolerância e ajustes normalizados para os elementos geométricosrotineiramente utilizados, como: elementos unidimensionais (eixo/furo, cones, parafuso/rosca,engrenagens, etc.

A seguir, serão apresentados alguns conceitos sobre as tolerâncias dimensionais do sistemaeixo/furo:

• Dimensão nominal (D ou d): dimensão teórica indicada no desenho ou projeto.• Dimensão efetiva (De ou de): dimensão real da peça obtida através de instrumentos de

medição.• Linha zero (Lz): nos desenhos de peças que se faz necessária a indicação dos limites

permissíveis para a dimensão efetiva, indica-se linha zero, que é uma linha tracejada,colocada exatamente na posição correspondente à dimensão nominal.

• Dimensão máxima (Dmax ou dmax): dimensão máxima permitida para a dimensão efetiva semque a peça seja rejeitada.

• Dimensão mínima (Dmin ou dmin): dimensão mínima permitida para a dimensão efetiva semque a peça seja rejeitada.

• Afastamento superior (AS ou aS): diferença entre a dimensão máxima e a dimensão nominal.

AS = DMAX - D (para furos) e aS = dMAX - d (para eixos)

• Afastamento inferior (Ai ou ai): diferença entre a dimensão mínima e a dimensão nominal.

Ai = DMIN - D (para furos) e Ai = dMIN - d (para eixos)

• tolerância dimensional (t): variação permissível da dimensão, podendo ser dada peladiferença entre as dimensões máxima e mínima ou pela diferença entre os afastamentossuperior e inferior.

t = dMAX – dMIN ou t = DMAX – DMIN

t = as – ai ou t = As - Ai

3

t Linha zero

a i a st

dimensãonominal

Ai

As

eixo furo

Figura 1.2 – Esquema dos afastamentos superiores e inferiores (eixos e furos).Figura 1.2 – Esquema dos afastamentos superiores e inferiores (eixos e furos).

Os afastamentos superiores e inferiores podem ser positivos ou negativos. Quando a dimensãomáxima ou mínima está acima da linha zero, o afastamento correspondente é positivo; caso adimensão máxima ou mínima esteja abaixo da linha zero, o afastamento é negativo.

O sistema de tolerâncias e ajustes para eixo/furo, por exemplo, prevê 18 níveis de qualidade.Escolhido o nível de qualidade a ser adotado na fabricação de um elemento da peça, atolerância dimensional pode ser obtida pelo quadro da Tabela 1.1, em função do grupo dedimensão em que se enquadra.

Exemplo: Um eixo de 48 mm de diâmetro, qualidade 7, terá uma tolerância de fabricação de25 µm.

A posição do campo de tolerância em relação a dimensão nominal (para mais, para menos,distribuído em relação ao mesmo ou outro) é um problema de ajuste, isto é, diz respeito ao tipode encaixe que deverá ser assegurado.

O posicionamento do campo de tolerância para os diferentes ajustes, pode ser obtido a partirda tabela da Tabela 1.2.

ExempIos: 1) O eixo com ajuste 48 g7, terá como limites de dimensão:48,000 - 0,009 mm

- 0,034 mm, isto é,diâmetro mínimo: 47,966 mmdiâmetro máximo: 47,991 mm

2) Eixo com ajuste 48 p7:48,000 + 0,051 mm

+ 0,026 mm, isto é,diâmetro mínimo: 48,051 mmdiâmetro máximo: 48,026 mm

4

Grupos deGrupos dedimensõesdimensões

Qualidade IT (Qualidade IT (µµm)m)

mmmm 0101 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616≥ 1 0.3 0.5 0.8 1.2 2.0 3 4 6 10 14 25 40 60

> 1 ≤ 3 0.3 0.5 0.8 1.2 2.0 3 4 6 10 14 25 40 60 100 140 250 400 600

> 3 ≤ 6 0.4 0.6 1.0 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 480 750

> 6 ≤ 10 0.4 0.6 1.0 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 150 220 360 580 900

> 10 ≤ 18 0.5 0.8 1.2 2.0 3.0 5 8 11 18 27 43 70 110 180 270 430 700 1100

> 18 ≤ 30 0.6 1.0 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 210 330 520 840 1300

> 30 ≤ 50 0.6 1.0 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 250 390 620 1000 1600

> 50 ≤ 80 0.8 1.2 2.0 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 300 460 740 1200 1900

> 80 ≤ 120 1.0 1.5 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 350 540 870 1400 2200

> 120 ≤ 180 1.2 2.0 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600 2500

> 180 ≤ 250 2.0 3.0 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 460 720 1150 1850 2700

> 250 ≤ 315 2.5 4 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 520 810 1300 2100 3200

> 315 ≤ 400 3 5 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 570 890 1400 2300 3600

> 400 ≤ 500 4 6 8 10 15 20 27 40 63 97 155 250 400 630 970 1550 2500 4000

Tabela 1.1 – Qualidade de fabricação IT e grupos de dimensões.Tabela 1.1 – Qualidade de fabricação IT e grupos de dimensões.

O ajuste é o acoplamento de dois elementos com a mesma dimensão nominal caracterizando-se pelas tolerâncias adotadas, grau de acabamento exigido para a execução das peças e peladiferença das dimensões efetivas do eixo e furo.

Existem três condições de ajuste:

• com folga: são aqueles que sempre apresentam um jogo efetivo entre os elementos, deforma que o eixo pode girar ou deslizar dentro do furo.

• com Interferência: são aqueles que sempre apresentam uma resistência ao acoplamento,caracterizando-se pela dimensão mínima do eixo superior à dimensão máxima do furo.

• incertos: entre dois elementos a serem acoplados, poderá existir uma interferência ou folgaconforme as dimensões efetivas das peças, as quais devem manter-se entre os limitesimpostos. Para que ocorra o ajuste incerto, a dimensão máxima do furo é superior àdimensão máxima do eixo, enquanto que a dimensão mínima do furo é inferior à dimensãomáxima do eixo.

Outros elementos geométricos caracterizados por duas ou mais dimensões tem seus própriossistemas de tolerância e ajuste.

Exemplo: - Cones : (DIN 229)- Roscas : (DIN 13)

5

PosiçãoGrupode

dimensõesmm a b c cd d e ef f fg g h js j5

j6j7 j8 k4

a k7

k<3k>7

m n p r s t u v x y z za zb zc

0 a 1 -60 -34 -20 -14 -10 -6 -4 -2 0 -2 -4 -6 0 0 2 4 6 10 14 18 20 26 32 40 60

> 1 ≤ 3 -270 -140 -60 -34 -20 -14 -10 -6 -4 -2 0 -2 -4 1 0 2 4 6 10 14 18 20 26 32 40 60

> 3 ≤ 6 -270 -140 -70 -46 -30 -20 -14 -10 -6 -4 0 -2 -4 1 0 4 8 12 15 19 23 28 35 42 50 80

> 6 ≤ 10 -280 -150 -80 -56 -40 -25 -18 -13 -8 -5 0 -2 -5 1 0 6 10 15 19 23 28 34 42 52 67 97

> 10 ≤ 14 -290 -150 -95 -50 -32 -16 -6 0 -3 -6 1 0 7 12 18 23 28 33 40 50 64 90 130

> 14 ≤ 18 -290 -150 -95 -50 -32 -16 -6 0 -3 -6 1 0 7 12 18 23 28 33 39 45 60 77 108 150

> 18 ≤ 24 -300 -160 -110 -65 -40 -20 -7 0 -4 -8 2 0 8 15 22 28 35 41 47 54 63 73 98 136 188

> 24 ≤ 30 -300 -160 -110 -65 -40 -20 -7 0 -4 -8 2 0 8 15 22 28 35 41 48 55 64 75 88 118 160 218

> 30 ≤ 40 -310 -170 -120 -80 -50 -25 -9 0 -5 -10 2 0 9 17 26 34 43 48 60 68 80 94 112 148 200 274

> 40 ≤ 50 -320 -180 -130 -80 -50 -25 -9 0 -5 -10 2 0 9 17 26 34 43 54 70 81 97 114 136 180 242 325

> 50 ≤ 65 -340 -190 -140 -100 -60 -30 -10 0 -7 -12 2 0 11 20 32 41 53 66 87 102 122 144 172 226 300 405

> 65 ≤ 80 -360 -200 -150 -100 -60 -30 -10 0 -7 -12 2 0 11 20 32 43 59 75 102 120 146 174 210 274 360 480

> 80 ≤ 100 -380 -220 -170 -120 -72 -36 -12 0 -9 -15 3 0 13 23 37 51 71 91 124 146 178 214 258 335 445 585

> 100 ≤ 120 -410 -240 -180 -120 -72 -36 -12 0 -9 -15 3 0 13 23 37 54 79 104 144 172 210 254 310 400 525 690

> 120 ≤ 140 -460 -260 -200 -145 -85 -43 -14 0 -11 -18 3 0 15 27 43 63 92 122 170 202 248 300 365 470 620 800

> 140 ≤ 160 -520 -280 -210 -145 -85 -43 -14 0 -11 -18 3 0 15 27 43 65 100 134 190 228 280 340 415 535 700 900

> 160 ≤ 180 -580 -310 -230 -145 -85 -43 -14 0 -11 -18 3 0 15 27 43 68 108 146 210 252 310 380 465 600 780 1000

> 180 ≤ 200 -660 -340 -240 -170 -100 -50 -15 0 -13 -21 4 0 17 31 50 77 122 166 236 284 350 425 520 670 890 1150

> 200 ≤ 225 -740 -380 -260 -170 -100 -50 -15 0 -13 -21 4 0 17 31 50 80 130 180 258 310 385 470 575 740 960 1250

> 225 ≤ 250 -820 -420 -280 -170 -100 -50 -15 0 -13 -21 4 0 17 31 50 84 140 196 284 340 425 520 640 820 1050 1350

> 250 ≤ 280 -920 -480 -300 -190 -110 -56 -17 0 -16 -26 4 0 20 34 56 94 158 218 315 385 475 580 710 920 1200 1550

> 280 ≤ 315 -1050 -540 -330 -190 -110 -56 -17 0 -16 -26 4 0 20 34 56 98 170 240 350 425 525 650 790 1000 1300 1700

> 315 ≤ 355 -1200 -600 -360 -210 -125 -62 -18 0 -18 -28 4 0 21 37 62 108 190 268 390 475 590 730 900 1150 1500 1900

> 355 ≤ 400 -1350 -680 -400 -210 -125 -62 -18 0 -18 -28 4 0 21 37 62 114 208 294 435 530 660 820 1000 1300 1650 2100

> 400 ≤ 450 -1500 -760 -440 -230 -135 -68 -20 0 -20 -32 5 0 23 40 68 126 232 330 490 595 740 920 1100 1450 1850 2400

> 450 ≤ 500 -1650 -840 -480 -230 -135 -68 -20 0 -20 -32 5 0 23 40 68 132 252 360 530 660 820 1000 1250 1600 2100 2600

Tabela 1.2 – Valores de afastamentos de referência para eixos (Tabela 1.2 – Valores de afastamentos de referência para eixos (µµm).m).

Observações:• Para eixos com ajustes de “a até j”, os afastamentos da tabela são superiores, de “j até zc” são inferiores.• Para furos, os afastamentos são iguais aos valores negativos dos tabelados.• Para furos com ajustes de “A até H”, os afastamentos da tabela são inferiores, de “J até ZC” são inferiores.

6

1 .1 .21 .1 .2 Desvios de formaDesvios de forma

1 .1 .2 .11 .1 .2 .1 Tolerâncias de Posição Tolerâncias de Posição

Fig. 1.3 – Tolerâncias de Posição –Fig. 1.3 – Tolerâncias de Posição – simbologia.simbologia.

• Tolerância de posição: definida como desvio tolerado de um determinado elemento (ponto,reta, plano) em relação a sua posição teórica.

Fig. 1.4 – Tolerância de posição – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.4 – Tolerância de posição – especificação em desenho e interpretação.

• Tolerância de simetria: o campo de tolerância é limitado por duas retas paralelas, ou por doisplanos paralelos, distantes no valor especificado e dispostos simetricamente em relação aoeixo (ou plano) de referência.

Fig. 1.5 – Tolerância de simetria – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.5 – Tolerância de simetria – especificação em desenho e interpretação.

7

• Tolerância de concentricidade: define-se concentricidade como a condição segundo a qual oseixos de duas ou mais figuras geométricas, tais como cilindros, cones etc., são coincidentes.

Fig. 1.6 – Tolerância de concentricidade – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.6 – Tolerância de concentricidade – especificação em desenho e interpretação.

1 .1 .2 .21 .1 .2 .2 Tolerância de orientação Tolerância de orientação

Fig. 1.7 – Tolerâncias de orientação – Fig. 1.7 – Tolerâncias de orientação – simbologia.simbologia.

• Tolerância de paralelismo: é a condição de uma linha ou superfície ser equidistante emtodos os seus pontos de um eixo ou plano de referência.

Fig. 1.8 – Tolerância de paralelismo – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.8 – Tolerância de paralelismo – especificação em desenho e interpretação.

8

• Tolerância de perpendicularidade: é a condição pela qual o elemento deve estar dentro dodesvio angular, tomado como referência o ângulo reto entre uma superfície, ou uma reta, etendo como elemento de referência uma superfície ou uma reta, respectivamente.

Fig. 1.9 – Tolerância de perpendicularidade – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.9 – Tolerância de perpendicularidade – especificação em desenho e interpretação.

• Tolerância de inclinação: o campo de tolerância é limitado por dois planos paralelos, cujadistância é o valor da tolerância, e inclinados em relação à superfície de referência do ânguloespecificado.

Fig. 1.10 – Tolerância de inclinação – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.10 – Tolerância de inclinação – especificação em desenho e interpretação.

1 .1 .2 .31 .1 .2 .3 Tolerância de forma Tolerância de forma

Fig. 1.11 - Tolerâncias de forma – Fig. 1.11 - Tolerâncias de forma – simbologia.simbologia.

9

• Tolerância de retilineidade: é a condição pela qual cada linha deve estar limitada dentro dovalor de tolerância especificada.

Fig. 1.12 – Tolerância de retilineidade – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.12 – Tolerância de retilineidade – especificação em desenho e interpretação.

• Tolerância de planeza: é a condição pela qual toda superfície deve estar limitada pela zonade tolerância “t”, compreendida entre dois planos paralelos, distantes de “t”.

Fig. 1.13 – Tolerância de planeza – interpretação.Fig. 1.13 – Tolerância de planeza – interpretação.

• Tolerância de circularidade: condição pela qual qualquer círculo deve estar dentro de umafaixa definida por dois círculos concêntricos, distantes no valor da tolerância especificada.

Fig. 1.14 – Tolerância de Fig. 1.14 – Tolerância de circularidade.circularidade.

10

• Tolerância de forma de superfície: o campo de tolerância é limitado por duas superfíciesenvolvendo esferas de diâmetro igual à tolerância especificada e cujos centros estão situadossobre uma superfície que tem a forma geométrica correta.

Fig. 1.15 – Tolerância de forma de superfície – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.15 – Tolerância de forma de superfície – especificação em desenho e interpretação.

• Tolerância de cilindricidade: é a condição pela qual a zona de tolerância especificada é adistância radial entre dois cilindros coaxiais.

Fig. 1.16 – Tolerância de forma de cilindricidade – especificação em desenho e interpretação.Fig. 1.16 – Tolerância de forma de cilindricidade – especificação em desenho e interpretação.

1 .1 .2 .41 .1 .2 .4 Tolerância de movimentação Tolerância de movimentação

• Tolerância de batimento radial: é definida como um campo de distância t entre dois círculosconcêntricos, medidos em um plano perpendicular ao eixo considerado.

• Tolerância de batimento axial: é definida como o campo de tolerância determinado por duassuperfícies, paralelas entre si e perpendiculares ao eixo de rotação da peça, dentro do qualdeverá estar a superfície real quando a peça efetuar uma volta, sempre referida a seu eixo derotação.

11

Fig. 1.17 – Tolerância de batimento radial e axial.Fig. 1.17 – Tolerância de batimento radial e axial.

1 .1 .2 .51 .1 .2 .5 Rugosidade Rugosidade

É o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam umasuperfície. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos, a exemplo dorugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento doscomponentes mecânicos. Ela influi na:

• qualidade de deslizamento;• resistência ao desgaste;• transferência de calor;• qualidade de superfícies de padrões e componentes ópticos;• possibilidade de ajuste do acoplamento forçado;• resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes;• qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras;• resistência à corrosão e à fadiga;• vedação;• aparência.

O parâmetro de rugosidade mais usado baseia-se nas medidas de profundidade da rugosidade.Ra é a média aritmétrica dos valores absolutos das ordenadas do perfil efetivo em relação à linhamédia num comprimento de amostragem. Pode ser calculado da seguinte forma:

∫ ⋅⋅=L

dxyL

Ra0

1 ou

cL

ARa =

onde: A = média da soma das áreas acima e abaixo da linha média; Lc = comprimento analisado para a obtenção de A.

12

Fig. 1.18 – Rugosidade: ilustração esquemática para obtenção de RFig. 1.18 – Rugosidade: ilustração esquemática para obtenção de Raa..

1 .1 .31 .1 .3 Causas dos desvios de forma Causas dos desvios de forma

Os desvios de forma que afetam as dimensões nominais das peças podem ser ocasionados pordiversos fatores, sendo os principais (conhecidos por 6M) listados a seguir:

• material da peça: usinabilidade, conformabilidade ou dureza;• meio de medição: incerteza de medição, adequação do instrumento ao mensurando;• máquina-ferramenta: ferramenta de corte, defeitos nas guias, erros de posicionamento;• mão de obra: erros de interpretação, falta de treinamento;• meio ambiente: variação de temperatura, limpeza do local de trabalho;• método: processo de fabricação para obtenção da peça, parâmetros de corte.

1.21 .2 MEDIÇÃO DE UM COMPRIMENTOMEDIÇÃO DE UM COMPRIMENTO

Na determinação de um comprimento ou de um ângulo de uma peça, procede-se da mesmaforma como na determinação de qualquer outra grandeza física, para se alcançar a resultado damedição.

Segue-se aqui as orientações dada no capítulo 7 da apostila 1 de metrologia e controlegeométrico, considerando-se, adicionalmente, as fontes de erro ligados a medição decomprimentos a serem analisados neste capitulo.

Caso o problema a ser resolvido é saber se a peca se enquadra nos limites de tolerânciaespecificados no projeto, o encaminhamento do problema é distinto. Trata-se da execução de umcontrole dimensional.

1.31 .3 CONTROLE DE UMA DIMENSÃOCONTROLE DE UMA DIMENSÃO

Após a fabricação das peças inicia-se o trabalho do metrologista, ou seja, realizar a verificaçãose as peças produzidas tem dimensões dentro das especificações do projeto. Nesta verificação a

13

peça será classificada como boa ou refugo.

A partir do valor da tolerância de fabricação (IT ou t), especifica-se qual o máximo erro admissívelque pode ocorrer na medição da grandeza em questão.

A relação entre a incerteza de medição do processo de medição, no controle do diâmetro dedeterminado eixo, e a faixa de tolerância do mesmo é mostrada na figura 1.19

Para efeito de aprovação ou rejeição da peça toma-se simplesmente a indicação dada pelosistema de medição utilizado no processo de medição. Pelo fato da incerteza de medição ser umdécimo do intervalo de tolerância IT, considera-se o processo de medição como perfeito.

No entanto nem sempre dispomos de um processo de medição cuja incerteza de medição éinferior a um décimo do intervalo de tolerância.

Dúvida DúvidaAprovaçãoRejeição Rejeição

tolerância

valor nominal+ USM- USM

LIT LST

Fig. 1.19 - Controle de uma dimensão.Fig. 1.19 - Controle de uma dimensão.

Legenda:LIT: limite inferior da tolerânciaLST: limite superior da tolerânciaUSM: incerteza do sistema de medição

Conforme demonstra a figura 1.19 é possível acontecer 4 casos diferentes de resultado damedição (resultado corrigido e incerteza associada) em relação aos limites de tolerância.

No primeiro caso (quadrado na figura 1.19), sentido da esquerda para direita, é possívelafirmarmos que o produto deve ser refugado pois o resultado de medição apresenta-seintegralmente fora dos limites de tolerância.

14

Já no segundo caso (círculo), o resultado corrigido do processo de medição está dentro do limiteespecificado para a tolerância do produto. No entanto, devido a incerteza de medição, estánuma região de dúvida deste limite. Neste caso não é possível afirmar com segurança que oproduto está dentro de tolerância para a dimensão medida. É possível afirmar somente que existegrande probabilidade do mesmo apresentar-se dentro dos limites de tolerância.

No terceiro caso (cruz) da figura 1.19, o resultado corrigido e a incerteza associada estão dentrodo limite de tolerância. Nesta situação podemos afirmar com segurança que o produto atende asespecificações com relação a tolerância de fabricação.

No quarto caso (triângulo), o resultado corrigido do processo de medição está acima do limitesuperior de tolerância do produto. Neste caso não é possível afirmar com segurança que oproduto está fora de tolerância para a dimensão medida, isto é, que o mesmo deveria serrefugado. Isto porque a incerteza do sistema de medição está abrangendo o valor da medida,caracterizando uma região de dúvida acerca dos resultados dentro dessa faixa de valores. Épossível afirmar somente que existe grande probabilidade do mesmo apresentar-se fora doslimites de tolerância.

1.41 .4 CAUSAS DE ERROS NAS MEDIÇÕES DE COMPRIMENTOCAUSAS DE ERROS NAS MEDIÇÕES DE COMPRIMENTO

1 .4 .11 .4 .1 Fatores de Natureza MecânicoFatores de Natureza Mecânico

a) Força de Medição

Na maioria dos casos o processo de medição a realização da medição, está associado a umcontato mecânico entre os sensores do SM (apalpadores) e o objeto a medir. No caso demedição por processo óptico, eletroindutivo ou eletrocapacitivo não há contato mecânico direto einexiste a força de medição.

Ao contato mecânico está associada uma força, denominada força de medição. Uma certa forçaé necessária para que o apalpador possa penetrar (ou deslocar para o lado) camadas de sujeira,de óleo, de graxa, de gases aderentes e semelhantes que aderem nas superfícies de contato.

Por outro lado, a força de medição provoca no objeto, bem como no sistema de medição edemais componentes mecânicos utilizados no processo, deformações de vários tipos introduzindoassim erros de medição, na forma de retroação.

Assim, é necessário manter-se a força de medição em valores mínimos necessários aofuncionamento dos SM e, adicionalmente, mantê-la constante ao máximo possível para se poderlevar, eventualmente, em consideração nas correções.

A força de medição está, por exemplo, no caso de um micrômetro externo, na faixa entre 5 a 10N. No relógio comparador comum usa-se a força de medição entre 0,8 até 1,5 N, com variação

15

da mesma de 0,4 N no máximo; no caso de alguns relógios comparadores, a força de medição éde 3 até 6 N, ou por outro lado, apenas 0,15 a 0,40 N. Interessante é que deixando-se descer ahaste do relógio comparador bruscamente de um altura de 20 mm apenas, ocorre um ‘pico’ deforça de medição dinâmica de até 70 N apesar da força estática ser de somente algumasunidades de N.

b) Deformações

Deformações que ocorrem na medição não devem ser, sob hipótese alguma, de caráterpermanente, mas sim, exclusivamente, elásticas. Deste ponto de vista há certo perigo nas áreasde contato entre o sensor (especialmente o de forma arredondada) e o objeto quando ocorrer umchoque dinâmico.

Deformações indesejáveis podem ocorrer, também, pelo peso próprio, quer do sistema demedição, quer do objeto a medir especialmente se for usado apoio inadequado para os mesmos.

As inevitáveis deformações ou são mantidas dentro de determinados limites através dedimensionamento adequado da peça, ou são isoladas e convenientemente consideradas(correções introduzidas) no resultado da medição. Os limites admissíveis das deformaçõesdependem das correspondentes exigências quanto a incerteza de medição máxima permitida parao processo.

As deformações podem ter caráter de variação de comprimento (encurtamento ou alongamento),de flexão, de distorção ou de achatamento na região de contato.

b.1) Variação de comprimento:

A variação elástica de comprimento L em (mm) calcula-se com base na lei de Hooke:

AE

LFL

..=∆

onde:

F (N): Força atuanteL (mm): Comprimento sujeito a variaçãoE (N/mm2): Módulo de elasticidadeA (mm2): Área da seção transversal

Exemplo numérico: Uma régua de E = 21,5. 104 N/mm2, de aço com dimensões 9 x 35 mm,A = 315 mm2, L = 1000 mm, sendo carregada axialmente por uma força de medição de 10 N,sofrerá encurtamento,

∆L =(10).(1000)/(315).(21,5.104) = 0,000147 mm = 0,15 µm

16

b.2) Flexão:

As deformações transversais de elementos dos sistemas de medição ou objetos, podem sercalculadas em casos simples usando-se as fórmulas para vigas sobre dois apoios ou engastadas.

A flecha máxima y (µm) de um mandril cilíndrico apoiado pelas extremidades, entre pontas demedição, calcular-se-á pela fórmula:

4

3

..

425dE

LPY ⋅=

onde P (N) é a força de medição atuando na metade do comprimento L (mm) entre apoios, e d(mm) é o diâmetro do mandril.

A flecha devido ao peso próprio do mesmo mandril de aço com módulo de elasticidade(E = 21,5 . 104 N/mm2, e densidade = 0,078 (N/cm3) calcula-se pela fórmula:

82

4

106,7 −⋅⋅=d

LY

Para se ter uma idéia sobre valores absolutos observar-se-ão alguns exemplos numéricos:

• O mandril de aço, de comprimento L = 500 mm, de diâmetro d = 30 mm flete, por pesopróprio no meio em 5 µm. O mesmo mandril, sob força de medição de 1 N flete no meio em0,3 µm.

• Um suporte de relógio comparador, de aço, cuja parte vertical tem o comprimento L = 200mm e a parte horizontal em balanço de comprimento a = 70 mm, sendo a seção transversaldas duas partes circular, de diâmetro d = 20 mm, recua verticalmente, na sua extremidadeem balanço, sob força de medição de 1 N, em 0,6 um.

Em alguns casos, por escolha adequada dos pontos de apoio, pode-se obter deflexões maisconvenientes.

Por exemplo, um bloco padrão longo, apoiado em dois cutelos colocados a uma distância dasextremidades de a = 0,2113 . L (figura 1.20a) (onde L é o comprimento total do bloco) manteráambos os planos extremos (superfícies de medição) paralelos apesar da deflexão transversal. Amesma distância entre apoios é recomendável para escalas, com divisões na parte superior darégua.

Para as escalas, cujas divisões são gravados na linha neutra da seção transversal, o apoio em"pontos de Bessel", na distância de a = 0,22031 L, proporciona o encurtamento mínimo docomprimento total L (figura 1.20b).

17

Fig. 1.20 – Deformações devido ao peso próprio.Fig. 1.20 – Deformações devido ao peso próprio.

No caso de uma régua ser usada em seu comprimento total, recomenda-se que os pontos deapoio estejam ajustados de a = 0,22315.L dos extremos. Neste caso, obtém-se a deflexãotransversal mínima, sendo a deformação nos extremos igual à flecha no meio da régua (figura1.20c).

Se a régua for usada apenas na sua parte central entre os apoios, é vantajoso colocar os cutelosde apoio na distância de a = 0,2386.L das extremidades. Neste caso a deformação transversalna região entre os apoios será pequena, sendo igual a zero na metade da distância (figura1.20d).

b.3) Achatamento:

Por achatamento se entende a aproximação que ocorre ente o sensor do sistema de medição e apeça após o primeiro contato físico, em função da ação de uma força de medição. Pode sercalculado, para os casos simples de contato, pelas equações de Hertz, porém, com coeficientesestabelecidos experimentalmente.

Nas fórmulas que seguem, tem-se:

a (µm) = valor do achatamento;F (N) = força de medição que aperta uma superfície contra a outrad (mm) = diâmetro da esfera ou do cilindro;L (mm) = comprimento de contato (se aplicável).

18

As fórmulas que seguem são válidas para peças e sensores de aço:

-- Duas esferas iguais, ou cilíndricos cruzados

3

2

52575,0d

Fa ⋅=

-- Esfera sobre um plano

3

2

4173,0d

Fa ⋅=

- Cilindro sobre um plano

3047,0d

L

L

Fa ⋅⋅=

Para ilustração, um apalpador semi esférico atuando sobre um bloco padrão provoca umachatamento a = 0,5 µm, se F = 3 N e d = 5 mm.

c) Desgaste:

O desgaste ocorre nas superfícies de medição de um instrumento sempre quando há ummovimento relativo entre as superfícies em contato e, portanto, quando se tem atrito.

Deve-se pois, dentro do possível, evitar o movimento da superfície de medição sobre a peça e/oureduzir o atrito.

Em muitos casos, entretanto, tem-se de contar para as superfícies em contato dos instrumentos demedição, materiais de alta resistência ao desgaste: aços de ferramentas com liga especial,camadas de cromo duro, minerais (por exemplo: ágata).

Não só as superfícies de medição estão sujeitas ao desgaste, mas todas as superfícies móveis deum SM, nas quais ocorre atrito.

Recomenda-se então, já por ocasião do projeto, providenciar elementos e/ou mecanismos quepossibilitem ajustagem e, consequentemente, eliminação adicional do desgaste.

O usuário por sua vez deve inspecionar os sistemas de medição periodicamente e, se necessário,fazer a reajustagem. O problema é que em virtude da interação de diversos fatores, o desgastenão decorre nas superfícies uniformemente: superfícies planas tornam-se côncavas ou convexas,guias apresentam folgas maiores apenas em certos lugares, e semelhantemente. A eliminaçãocompleta do desgaste ocorrido torna-se, pois, muito difícil e as superfícies desgastadas dãoorigem a erros de medição.

19

1 .4 .21 .4 .2 Fatores de Natureza Geométrica Fatores de Natureza Geométrica

a) Forma geométrica da peça a medir:

Uma peça mecânica é representada, num desenho técnico, sempre em sua forma ideal e comdimensões nominais. A peça depois de executada, não só diverge deste ideal em suas dimensõesmas, também, em sua forma geométrica.

De acordo com a técnica utilizada na fabricação a superfície apresenta diferentes rugosidades,asperezas, etc., que são chamadas de erros microgeométricos.

Os desvios da forma geométrica geral (retilineidade, cilindricidade, planeza de superfícies) sãodenominados erros da macrogeometria.

Os desvios macrogeométricos afetam o processo de medição e por isso as relações geométricasde posição entre o sistema de medição e peça devem ser conhecidas, com clareza, para evitarerros de medida.

Isto exige que se meça de tal modo que os desvios macrogeométricos possam ser identificados.

Assim, tendo-se, por exemplo, uma placa retangular fabricada - erroneamente - em forma de umquadrilátero (figura 1.21a) e tomando-se a medida em dois sentidos perpendiculares, em doislugares a e b, apenas, obtém-se, por exemplo, para a medida a um valor completamentedeliberado (que dependerá do lugar da medida, a1, a2, a3, etc.) e o operador não perceberá odesvio da forma. Para identificar os erros de forma geométrica da peça é necessário medi-la emvários lugares, (por exemplo, a1, a2, b1, b2 na figura 1.21b).

b

a3

a2

a1

b2a1

a2

b1

Fig. 1.21 – Erros macrogeométricos em peças.Fig. 1.21 – Erros macrogeométricos em peças.

Peças cilíndricas, eixos ou pinos, podem afastar-se da forma circular em vários pontos de suasecção transversal, além disso, afastar-se da forma cilíndrica reta em vários pontos na direçãoaxial. A figura 1.22 apresenta alguns exemplos esquemáticos.

20

Fig. 1.22 – Erros macrogeométricos em peças cilíndricas.Fig. 1.22 – Erros macrogeométricos em peças cilíndricas.

Se em lugar da forma circular exata ocorre uma forma oval (figura 1.23a) então pode-sedeterminar o diâmetro máximo e mínimo da mesma com duas superfícies de medição paralelos,a, b, por exemplo, num paquímetro, micrômetro, etc, obtendo-se a diferença A ("ovalidade").

Usando-se, neste caso, um prisma (figura 1.23b) como apoio para a medição com um relógiocomparador R, a diferença B entre os diâmetros apresenta-se apenas em proporção reduzida(sendo B < A).

a

b

A

a)

B<A

prisma

b)

Fig. 1.23 – Erros geométricos de circularidade – Fig. 1.23 – Erros geométricos de circularidade – ovalidade.ovalidade.

Se ocorrer, por outro lado, um iso-espesso E, figura 1.24, a medição entre planos paralelos nãoregistrará o erro de circularidade. O registro da excentricidade faz-se com auxílio de prisma. Omelhor resultado oferece o prisma cujo ângulo é relacionado com o número n de lados do iso-espesso de acordo com a fórmula.

21

nk

°⋅−°= 360180α

onde k são os números inteiros 1, 2, 3, ... , assim, obtém-se a seguinte tabela:

NÚMERO DE LADOSNÚMERO DE LADOSDO IS0-ESPESSODO IS0-ESPESSO

ÂNGULO DOÂNGULO DOPRISMA EM (º )PRISMA EM (º )

3579

60108 ou 36

128,6 ou 77,1140 ou 100 ou 160

Fig. 1.24 – Erros macrogeométricos de circularidade – Fig. 1.24 – Erros macrogeométricos de circularidade – iso-espesso.iso-espesso.

Quando se suspeita da presença de algum desvio da forma circular, porém, não se sabe se setrata do oval (ou alguma forma do mesmo com o número par dos lados) ou de iso-espesso (cujonúmero de lados é desconhecido), a medição procede-se entre dois planos paralelos e depoispelo menos em dois prismas diferentes, de ângulos 60o e 90o, respectivamente. O ângulo de 90o,apesar de que não constar na tabela acima, é suficientemente perto dos valores 108o ou 77,1o

citados.

Os problemas da influência da forma geométrica estão intimamente relacionados com asdimensões das medidas e das tolerâncias. Para a técnica de medição de comprimentos, deveficar claro que, para a determinação da configuração real de uma peça, jamais basta uma únicamedida, mas que sempre é necessário considerar várias medidas, bem como a relação entre asmesmas.

22

b) Erro de Contato

Os elementos do instrumento de medição que tocam a peça a medir, ou seja, os sensores demedição, devem ter a forma correspondente a configuração da peça, a fim de que se obtenha ocontato geometricamente bem definido: se a peça a medir é plana, o sensor de medição égeralmente esférico, figura 1.25a. Se por outro lado, a peça é esférica ou cilíndrica, usam-sesensores planos de medição, figura 1.25b. Na medição de roscas utilizam-se pontas sensoras deforma cônica, cilíndrica ou esférica.

Se o contato entre a peça a medir e a superfície de medição, devido a erros de forma de uma oude outra não tem uma relação geométrica exata, correspondente ao recobrimento geométricodesejado, acontece então o que denominamos de erro do contato.

a)

peça

peçab)

ββ

B

A

c)peça

Erro de contato

Fig. 1.25 – Contato entre sensor do sistema de medição e a peça a medir.Fig. 1.25 – Contato entre sensor do sistema de medição e a peça a medir.

Na figura 1.25c tem-se o erro de contato em sua forma mais simples, quando não hárecobrimento geométrico entre a superfície plana da peça A e a superfície plana de medição B demodo que as duas tocam uma a outra em ângulo (fortemente exagerado no desenho). Este é umexemplo típico de situação que acontece, por exemplo, quando medimos uma peça com ummicrômetro ou uma máquina de medir em que os sensores de medição apresentam erros deparalelismo acentuado, gerando efetivamente erros de medição significativos.

A maioria dos problemas com erro de contato elimina-se por uma forma geométrica impecáveldas superfícies de medição.

c) Relações Geométricas de Posição:

Erros geométricos de posição de medição são evitados, de forma mais segura pelo emprego dométodo da substituição. A dimensão da peça é captada com auxilio de um dispositivo e depoiscomparado a padrões de medição colocados exatamente no lugar e na posição da peça. Assim,não podem ocorrer erros de posição devidos a movimentação de cursores (não perfeição deguias) ou problemas semelhantes.

Se o método da substituição não puder ser aplicado, deve-se ao menos obedecer ao princípio deABBE, enunciado por Ernst Abbé, que exige que “o trecho a medir deve constituir oprolongamento retilíneo da escala que serve como dispositivo de medição”. Ambos, trecho a

23

medir, bem como o padrão de medida, devem ser dispostos no mesmo eixo um atrás do outro.

No esquema de um paquímetro na figura 1.26, observa-se, que o princípio de Abbé não érespeitado na configuração do instrumento o que implica na menor confiabilidade dos resultados:o trecho a medir "dA" (diâmetro de uma peça) encontra-se paralelo a escala de medição.Observa-se que no instante da medição ocorre um erro em função da distância S entre a escalado instrumento e o ponto de contato entre os sensores de medição e a peça. Nestes casos deve-se realizar as medições posicionando-se a peça a medir o mais próximo possível da escala doinstrumento de medição, de modo a diminuir a distância S, e portanto, reduzir o erro de medição.

EI

Erro de 1 ordema

E = S * tan I φS φ

dA

Fig. 1.26 – Erro de primeira ordem – disposição paralela do padrão com a peça.Fig. 1.26 – Erro de primeira ordem – disposição paralela do padrão com a peça.

Já no caso de um micrômetro (figura 1.27) o trecho a medir “L” situa-se no prolongamentoretilíneo da escala de medição que, neste caso, fica realizada pelo parafuso de medição domicrômetro. Respeitado o princípio de Abbé, obtém-se resultados com substancial minimizaçãode erros, já que ocorrem somente os de 2o ordem.

24

0 – 25 mm 0.01mm

ERRO DE 2O ORDEM

2

2θ⋅=

LE

θ

L

L’

'cos

L

L=θ

Fig. 1.27 – Erro de segunda ordem – disposição alinhada do padrão com a peça.Fig. 1.27 – Erro de segunda ordem – disposição alinhada do padrão com a peça.

1 .4 .31 .4 .3 Fator de Natureza Física Fator de Natureza Física

Deformação térmica:

Como o volume dos materiais metálicos sofre alteração com a variação da temperatura, éextremamente importante estabelecer uma temperatura de referência.

A temperatura de 20,0 oC é hoje adotada internacionalmente como temperatura de referênciapara apresentação de resultados de medição ou calibração de instrumentos de medição da Áreade Metrologia Dimensional. Assim, os resultados do comprimento de blocos padrão, osresultados da calibração de uma Máquina de Medir por Coordenadas, entre outros, são válidospara a temperatura de 20,0 oC.

Nas medições de comprimento é necessário dar uma atenção toda especial à temperatura emvirtude da deformação térmica sofrida pelos instrumentos, padrões, alguns dispositivos utilizadosno processo de medição, além das deformações sofridas pelas próprias peças sujeitas a medição.

A variação de comprimento é calculada pela fórmula:

α⋅∆⋅=∆ tLL

onde: ∆L - Variação de comprimento (encurtamento ou alongamento do comprimento L);

L - comprimento original;α - coeficiente de expansão térmica;∆t - a diferença de temperaturas.

25

Exemplo: Um bloco prismático de aço de comprimento de 1 metro a 20,0 oC, terá natemperatura ambiente de 26,0 oC o comprimento de 1000,069 mm, já que

L+∆I = I000 + 1000 . 11,5 . 10-6 . 6 = 1000,069 mm

Para o aço, o coeficiente α = 11,5 µm/m.K

Se a peça a medir tem o mesmo coeficiente de expansão térmica do padrão usado (escala, blocopadrão, etc.), com o qual será comparado, não ocorrerá erro de medição por razões térmicas,mesmo quando a medição se efetua em temperatura diferente da de referência (20,0 oC) já que opadrão se deforma na mesma proporção que a peça a medir. Evidentemente isto só ocorrerá seambos, peça e padrão/instrumento estiverem na mesma temperatura (o que pode ser obtidodeixando-se peça e padrão/instrumento estabilizando termicamente por um período de temposuficiente para atingir-se o equilíbrio térmico). Este é o motivo pelo qual os metais leves só podemser usados em instrumentos de medição mediante cuidados especiais a não ser no caso particularem que as próprias peças são de metal leve. Por razões semelhantes não se utilizam calibradorese padrões de vidro, apesar de serem mais baratos e bastante resistentes ao desgaste.

Se a peça tiver um coeficiente de expansão térmica distinto do padrão (o que às vezes éinevitável), como por exemplo, padrão de aço e peça de latão, então ocorrerá um erro quando atemperatura de medição diferir da temperatura de referência de 20,0 oC. Se, além disso houverainda diferença de temperatura entre peça e padrão (instrumento de medição utilizado noprocesso de medição), podem ocorrer erros ponderáveis de medição devidos a efeitos térmicos.

Se as temperaturas do padrão e da peça a medir diferirem de 20 oC em ∆t1 e ∆t2 e se oscoeficientes de expansão térmica forem α1 e α2, respectivamente, o erro de medição ∆L para umcomprimento L será:

)( 2211 αα ⋅∆−⋅∆⋅=∆ ttLL

Do anterior exposto, conclui-se uma aplicação importante para a prática de medição. Deve-seassegurar que a temperatura da peça e do sistema de medição sejam próximas tanto quantopossível da temperatura de referência. Isto se obtém deixando ambos durante certo tempo numambiente a 20 oC. O tempo necessário para a equalização da temperatura depende do porte etipo de cada um dos elementos, e da diferença inicial de temperaturas, variando para as peçasusuais entre 4 e 24 horas. Favoravelmente influi se ambos elementos repousam sobre a mesmabase metálica.

Se o tempo para equalização de temperaturas foi insuficiente corre-se o risco de que diversaspartes da peça ou do padrão apresentem diferenças de temperaturas entre si, o que provocaránão só erros em dimensões, mas também erros de forma. Semelhantemente, deve-se impedir queocorram variações de temperatura durante a própria medição.

O quadro apresentado a seguir sintetiza as diversas possibilidades de combinações entre

26

materiais e temperatura:

PEÇAPEÇA SMSMCASOCASOMATERIALMATERIAL TEMPERATURATEMPERATURA MATERIALMATERIAL TEMPERATURATEMPERATURA

ERROERRO

1 A 20 OC A 20 OC -2 A T ≠ 20 OC A T -3 A T A t ≠ T αA(T-t)L4 A 20 OC B 20 OC -5 A T ≠ 20 OC B T [αA(T-20) - αB(T-20)]L6 A T B t ≠ T [αA(T-20) - αB(t-20)]L

Onde: αA = coeficiente de dilatação térmica do material A (µm/m.K)αB = coeficiente de dilatação térmica do material B (µm/m.K)L = comprimento medido (m)

O erro é determinado em µm.

1

Capítulo 2Capítulo 2

BLOCOS PADRÃOBLOCOS PADRÃO

2.1 GENERALIDADES2.1 GENERALIDADES

2.1.1 Definição2.1.1 Definição

Blocos padrão são padrões de comprimento ou ângulo, corporificados através deduas faces específicas de um bloco, ditas “faces de medição”, sendo que estas facesapresentam uma planicidade que tem a propriedades de se aderir à outra superfície demesma qualidade, por atração molecular.

A característica marcante destes padrões está associada aos pequenos erros decomprimento, em geral de décimos ou até centésimos de micrometros ( µm ), que sãoobtidos no processo de fabricação dos mesmos. Em função disto, pode-se afirmar que osBlocos Padrão exercem papel importante como padrões de comprimento em todos osnível da Metrologia Dimensional.

2.1.2 Tipos2.1.2 Tipos

Quanto à forma da seção transversal do bloco, esta pode ser quadrada, retangularou circular (figura 2.1). Os blocos de secção quadrada ou circular podem ou não serfurados no centro.

As dimensões dos blocos de secção quadrada são normalizados pela norma GGG-G-15, norma americana. A grande vantagem destes blocos é a estabilidadeproporcionada pela forma da secção quando o mesmo é utilizada na posição vertical.No brasil praticamente não se utilizam este tipo de bloco.

As dimensões dos blocos de secção retangular são normalizadas pela norma ISO3650 e outras. Os blocos maiores de 100 mm apresentam furos em cada extremidade,cuja finalidade é permitir a montagem de um dispositivo que garanta a união de umacomposição formada por dois ou mais blocos.

2.1.3 Fabricação2.1.3 Fabricação

a) Material

Os blocos padrão são fabricados em aço liga, metal duro, cerâmica, entre outros. Paraos blocos em aço, quando for exigida uma alta resistência ao desgaste, as superfícies demedição podem ser protegidas por dois blocos protetores, fabricados de metal duro( carbonetos sinterizados).

Como o aço tem tendência de alterar o seu volume com o decorrer do tempo, aestabilidade dimensional dos blocos padrão pode ser significativamente afetada. Paraminimizar este fenômeno usa-se liga que tenha uma boa estabilidade dimensional.

2

Na figura 2.2 é apresentado o resultado de calibração de blocos padrão entre 1970 e1991, realizados no PTB, órgão primário em metrologia na Alemanha. Os blocos padrãocalibrados, de comprimento 24,5 , 30 , 80 e 100 mm, nunca foram utilizados emprocessos de medição. Observa-se que dois blocos, o de 100 e 30 mm, apresentavamcomprimento de valor próximo a 0,5 µm durante este período. Observa-se também queesta alteração ocorreu distintamente para cada bloco. Os blocos de 100 e 80 mmtiveram alteração de comprimento positiva e os de 30 e 24,5 mm tiveram alteração decomprimento negativa, isto é, reduziram seus comprimentos. Um bloco seria consideradoestável caso seu comportamento fosse próximo daquele do exemplo da figura 2.1, isto é,as variações de comprimento são insignificantes e oscilam em torna da linha zero.

As variações de comprimento permitidas para cada bloco a cada ano, são em geralespecificadas nas normas técnicas, como por exemplo a norma DIN 861.

Os fabricantes de Bloco Padrão em cerâmicas a base de zircônio afirmam que esteefeito é significativamente menor nestes blocos, como veremos adiante.

É importante que se tenha conhecimento do coeficiente de expansão térmica domaterial e do módulo de elasticidade a fim de que, quando usado em mediçõescriteriosas, os correspondentes erros possam ser compensados.

b) Processo

Para os blocos de aço até cerca de 100 mm de comprimento, eles são inteiramentetemperados. Nos comprimentos maiores apenas os extremos são endurecidos.

Para realizar o alívio de tensões, aplicam-se diversos processos de “envelhecimentoartificial” de acordo com a composição química do aço utilizado.

O elevado grau de acabamento das superfícies de medição é obtido através delapidação fina, que assegura grau de planicidade e ao mesmo tempo, uma rugosidadebaixíssima das mesmas.

2.1.4 Normas e Fabricantes2.1.4 Normas e Fabricantes

Relaciona-se a seguir algumas normas e recomendações técnicas referentes adefinição, tipos e uso de blocos padrão.

Alemã : DIN 861, DIN 2260 VDE/VDI 2605 (Blocos Padrão angulares) Francesa : NF E 11-010

Inglesa : BS 4311 (Blocos Padrão de seção retangular) BS 5317 (Blocos Padrão de seção circular, “barras”) e NPL SPECIFICATION MOY/SCMI/1B (Blocos Padrão angulares). Suíça : VSM 57100 Japonesa : JIS B 7506

3

Americana : GGG-G-15 Internacional : ISO 3650

Como principais fabricantes no mundo citam-se: CARL ZEISS, KOBA, MITUTOYO,KURODA, MATRIX, STARRETT-WEBBER, CEJ, MAHR, TESA, etc.

Figura 2.1: Tipos de Blocos Padrão (BP).Figura 2.1: Tipos de Blocos Padrão (BP).

Figura 2.2: Alteração do Comprimento de Blocos Padrão.Figura 2.2: Alteração do Comprimento de Blocos Padrão.

4

2.1.5 Apresentação – Jogos2.1.5 Apresentação – Jogos

A fim de alcançar um bom aproveitamento dos blocos padrão, estes são reunidos emjogos que se diferem entre si pelos seguintes fatores: mínimo escalonamento, faixa que oescalonamento abrange número de peças que os constituem.

Estes jogos consistem de várias séries dimensionais ( sub-grupos de dimensões).Partindo de base 1,000 mm, existem séries dimensionais em milésimos de mm (1,001 até1,009), centésimos (1,01 até 1,09), décimos, etc. Os jogos mais usuais são padronizadospela DIN 2260. Um jogo de blocos padrão bastante usado é o chamado jogo normal,denominado jogo “N”. Compõe-se de 45 peças que formam 5 séries

dimensionais conforme consta na figura 2.3. O jogo permite compor qualquer dimensãoentre 3 103 mm com escalonamento de 0,001 mm.

Fora dos limites mencionados, o jogo permite a realização de algumas medidas(porém, não todas) com o escalonamento indicado. Não se pode compor, por exemplo,as medidas 1,011, ..., 1,019. Outra limitação é que para a composição de medidas forados limites é necessário juntar maior número de blocos padrão, do que o previsto pelanorma, o que resulta na introdução de maiores erros.

2.2 ASPECTOS OPERACIONAIS2.2 ASPECTOS OPERACIONAIS

2.2.1 Recomendações de Utilização2.2.1 Recomendações de Utilização

Enorme cuidado é tomado pelo fabricante de um jogo de blocos padrão: na seleçãodo material, na retificação, no tratamento térmico, nos processos de lapidação, nainspeção, na gravação das inscrições e números, na calibração e na embalagem dosmesmos.

Mesmo os Blocos Padrão de grau 2 (DIN 861), usados nas oficinas, devem sermanuseados por pessoal experiente a fim de que em pouco tempo os blocos não estejamdesgastados. Alem disto, o operador deve:

- Evitar o aparecimento de oxidações nas superfícies de medição resultante deumidade, agentes corrosivos, etc. Para isto é necessário que após cada dia detrabalho os blocos sejam limpos com benzina ou similar e untados com uma camadade vaselina. Este material de limpeza deve ser de preferência de uso exclusivo dosblocos padrão.

- Usar pinças de madeira ou plástico para manipular blocos pequenos.

- Evitar usar os blocos em superfícies oxidadas, ásperas ou sujas.

- Evitar a todo custo um coque mecânico (queda, batida com outro sólido). Masocorrendo, deve-se examinar ambas as faces de medição, usando um plano ótico, a

5

fim de verificar se há amassamentos (deformações permanentes) que prejudicarão aaderência e a própria planicidade de outros colocados em contato.

- Evitar a atuação de radiação térmica, campos magnéticos e elétricos.

- Manter em suas respectivos embalagens quando não usados.

- Evitar de deixar os blocos padrão aderidos por muito tempo.

Todas as recomendações citadas devem ser mais rigorosas quanto melhor for aclasse de erro do Bloco Padrão.

2.2.2 Composição de Blocos Padrão2.2.2 Composição de Blocos Padrão

É muito comum na indústria, ser necessário a utilização de comprimento padrão nãodisponíveis diretamente através de um bloco, sendo necessário a combinação de duas oumais peças.

As superfícies de medição de blocos padrão (em função de sua elevada planicidade eacabamento superficial) aderem uma à outra (“colam-se”) quando se ajustamprogressivamente entre si, através do deslizamento e leve pressão. Para obter estaaderência é indispensável (além do bom estado das superfícies sem riscos, batidos,amassamentos, etc, mesmo que mínimos) que não fiquem quaisquer partículas estranhas( pós, por exemplo), entre as superfícies em questão. Recomenda-se o seguinteprocedimento: as superfícies devem ser primeiramente limpas com benzina retificada ousimilar, eliminando-se graxa velha oxidada e pó. Aplica-se, em seguida, uma quantidademínima de vaselina pura, especial, que espalha-se com pano limpo. Procedendo destamaneira, a superfície do bloco padrão fica limpa (brilhante) sendo coberta apenas porum filme mínimo (invisível) de vaselina. Uma vez preparadas as superfíciescorrespondentes de dois blocos a serem aderidos, os mesmos são justapostos com oseixos maiores de seção transversal inicialmente perpendiculares entre si, de acordo comoé apresentado na figura 2.4a , usando-se um certo movimento relativo deslizante nosentido da flecha. Por giro e leve pressão (figura 2.4b) ambas as superfícies são levadas auma superposição completa (figura 2.4c) ligando-se entre si por adesão entre asmoléculas dos dois blocos e ficando “aderidas” (coladas).

2.2.3 Acessórios2.2.3 Acessórios

Os blocos, principalmente os de trabalho, nem sempre são usados isoladamente.Em conjunto com outros acessórios podem ter diversas funções (figura 2.5).

- Base: é útil quando se utilizar blocos grandes sem que haja o perigo de tombarem.Junto com outros acessórios pode formas um graminho de precisão.

- Porta blocos: serve para manter vários blocos aderidos em conjunto com blocos detransferência.

- Blocos de transferência: há vários tipos que junto com o porta blocos cria uma gamade instrumentos: graminho, calibrador de roscas internas, etc.

6

- Blocos protetores: são Blocos Padrão de metal duro aderidos à superfícies extremasde blocos padrão comuns, quando estes estiverem sendo usados em meio hostil, istoé, provocando desgaste.

Conjunto EspecialConjunto Especial Conjunto Standard ( Normal ) Conjunto Standard ( Normal )

Série Blocos Escalonamento Série Blocos Escalonamento

dimensional número dimensões dimensional número dimensões

1 9 1,001 até 1,009 0,001 1 9 1,001 até 1,009 0,001 2 49 1,01 até 1,49 0,01 2 9 1,01 até 1,09 0,01

3 19 0,5 até 9,5 0,5 3 9 1,1 até 1,9 0,1

4 9 10 até 90 10 4 9 1 até 9 1

5 9 10 até 90 10

Conjunto Conjunto Conjunto Standard Standard Especial ( 2ª combinação )

1,005 1,002 1,08 1,005 1,003 1,9 1,48 1,03 3 4,5 1,05 90 90 1,1 96,985 96,985 1,8 40 50 96,985

Dimensões Comprimento a b

dos blocos Medida Tolerância Medida Tolerância

b b

de 0,5 até 10,1 30 +0 9 -0,05

a de 10,1 até 1000 35 -0,3 -0,2

Figura 2.3: Padronização de BP.Figura 2.3: Padronização de BP.

Figura 2.4: Colagem de Blocos Padrão.Figura 2.4: Colagem de Blocos Padrão.

7

2.3 DEFINIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM BLOCO PADRÃO E ERROS2.3 DEFINIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM BLOCO PADRÃO E ERROS

2.3.1 Comprimento de um Bloco Padrão2.3.1 Comprimento de um Bloco Padrão

“O comprimento de um bloco padrão de superfícies plano-paralelas é igual aoafastamento entre duas superfícies planas de medição das quais uma é a superfície deum corpo auxiliar na qual o bloco padrão está inteiramente ligado por uma das suasfaces e a outra é a face livre do bloco padrão”. As premissas são:

- o bloco padrão não está solicitado mecanicamente de maneira alguma que poderiaprovocar variação de comprimento;

- o corpo auxiliar é do mesmo material e com a qualidade (e textura) da superfícieigual às do bloco padrão;

- a ligação entre o bloco padrão e o corpo auxiliar é feita da mesma maneira comodescrito para ligação de blocos padrão entre si, sendo excluídos expressamentequaisquer meios que poderiam favorecer a adesão.

Por outro lado, conta-se com um filme “infinitesimal” de lubrificante entre assuperfícies de medição, como ocorre no uso normal de blocos padrão justapostos.

Os blocos padrão são executados e medidos quanto ao comprimento quecorporificam, bem como quanto a sua forma geométrica: planicidade, paralelismo e ograu de acabamento das suas superfícies de medição.

2.3.2 Caracterização dos Erros2.3.2 Caracterização dos Erros

Os parâmetros mais importantes que caracterizam metrologicamente os blocos padrãosão o erro do meio e a constância de afastamento (paralelismo e planicidadeassociadas).

a) Erro do meio (Em)

O erro do meio é a diferença entre o comprimento efetivo do bloco padrão na regiãocentral (Lm), e o comprimento nominal (Ln), (figura 2.6).

Em = Lm – Ln

b) Constância de Afastamento (CA)

É a combinação dos erros de paralelismo e planicidade, e corresponde a diferençaentre o maior e o menor comprimento entre as faces do bloco padrão, quando medidonos quatro cantos e no centro. É caracterizada na figura 2.6 como sendo a soma dodesvio positivo (D.pos. = comprimento máximo menos o comprimento do meio) comdesvio negativo (D.neg. = comprimento do meio menos o comprimento mínimo).Assim:

CA = Lmax - Lmin

8

Figura 2.5: Acessórios de Blocos Padrão.Figura 2.5: Acessórios de Blocos Padrão.

Figura 2.6: Erros de Blocos Padrão.Figura 2.6: Erros de Blocos Padrão.

9

2.4 AS CLASSES DE ERRO E SUAS APLICAÇÕES2.4 AS CLASSES DE ERRO E SUAS APLICAÇÕES

Pela norma DIN 861 e ISO 3650 os blocos são classificados quanto ao erro do meio econstância de afastamento em cinco classes de erro, a saber: 00, K, 0, 1 e 2. O máximoerro admitido em cada uma das classes (tolerância de fabricação) é dado em função docomprimento, conforme pode ser observado na tabela figura 2.7.

A seleção da classe de erro depende da finalidade para a qual o bloco padrão sedestina.Pode-se adotar as seguintes recomendações:

- Classe de erro 00 – especialmente indicada como padrão de referência emlaboratórios de Secundários de Metrologia (laboratórios credenciados na RBC, porexemplo). É usada na calibração de blocos padrão com classe de erro 0, 1 e 2 pelométodo diferencial de medição (método de comparação).

- Classe de erro K – apresenta a mesma tolerância de constância de afastamento daclasse “00”, porém tolerâncias no comprimento (Em) iguais ao da classe 1. Aprincipal vantagem em ralação a classe ”00” é o custo mais baixo com a mesmaqualidade metrológica, já que os erros do meio (Em) são corrigidos durante a suautilização.

- Classe de erro 0 – para altas exigências, em medições criteriosas no ajuste demáquinas de medição, em medições diferenciais criteriosas durante a qualificaçãode padrões e calibradores quando se exige pequena incerteza de medição. É aclasse de erro utilizada como referência para calibração de blocos da classe 1 e 2.O uso é restrito, quase que exclusivamente para laboratórios de metrologiadimensional.

- Classe de erro 1 – usa-se para as mesmas finalidades acima, porém, onde astolerâncias não são tão rígidas, por exemplo, no posto central de controle dequalidade da fábrica.

- Classe de erro 2 – para uso geral, ajuste de instrumentos convencionais, mediçõesdiferenciais onde o nível de tolerância não é apertado.

Quanto a sua aplicação (não quanto à classe de erro) os blocos padrão classificam-se em:

- blocos padrão de trabalho- blocos de verificação- blocos de comparação- blocos de referência

Em geral, a classe superior (exemplo, referência) serve como padrão para calibrar econtrolar classes imediatamente inferior (exemplo, comparação).

10

Os blocos padrão de trabalho, já que são usados no nível de oficina, entram emcontato com superfícies relativamente ásperas, e sofrem por isso uma forte solicitação dedesgaste. É indispensável uma calibração dos blocos padrão em intervalos de temposdefinidos, dependendo da intensidade de uso.

Os blocos de referência, por outro lado, devido ao pouco freqüente, limitado aoscasos de grande importância (calibração) sofrem desgaste mínimo e conservam suascaracterísticas metrológicas por períodos prolongados de tempo.

Em laboratórios de metrologia é imprescindível a existência de padrões de referência,que são blocos padrão com certificados de calibração nos quais são indicados os errosdo meio e constância ser recalibrados.

2.5 ERRO DE UMA COMPOSIÇÃO DE BLOCOS2.5 ERRO DE UMA COMPOSIÇÃO DE BLOCOS

O erro ∆L de uma composição de blocos padrão calcula-se a partir dos erros domeio (Em) dos blocos padrão que formam a composição do comprimento em questão.

Como exemplo, analisar-se-á o erro da composição os comprimento de 138,345 mm,composta dos blocos padrão de classe de erro 1, de acordo com a primeira coluna databela 2.1.

COLUNA 1COLUNA 1 COLUNA 2COLUNA 2 COLUNA 3COLUNA 3 COLUNA 4COLUNA 4 COLUNA 5COLUNA 5 COLUNA 6COLUNA 6Comprimento Erros Erros Quadrados dos 2/3 do erro Quadrados dos

dos blocos individualmente máximos erros máximos máximo valores da

padrão na medidos (dados permitidos permitidos permitido coluna 5composição de calibração) (µm) (µm)

(mm) (µm)

1,005 + 0,20 ± 0,20 0,04 ± 0,133 0,0181,04 - 0,18 ± 0,20 0,04 ± 0,133 0,0181,3 - 0,15 ± 0,21 0,04 ± 0,140 0,0205 - 0,20 ± 0,22 0,05 ± 0,147 0,022

40 + 0,32 ± 0,36 0,13 ± 0,240 0,05890 + 0,48 ± 0,56 0,31 ± 0,373 0,140

138,345 + 0,47 ± 1,75 0,61 ± 1,166 0,276

Tabela 2.1 – Avaliação dos erros de um comprimento formado com blocos padrão classeTabela 2.1 – Avaliação dos erros de um comprimento formado com blocos padrão classede erro 1.de erro 1.

Se o erro Em, em cada um dos blocos padrão usados na composição é realmenteconhecido (fixado, por exemplo, pela medição comparativa, ou seja, através decalibração, com um jogo de blocos padrão da classe de erro K), o erro da composição éobtido como uma soma algébrica simples dos erros individuais dos blocos. Os erros dosblocos padrão, individualmente estabelecidos em uma operação de calibração,encontram-se, junto com os sinais reais, na Segunda coluna da tabela, sendo o erro dacomposição igual à soma algébrica dos mesmos, ou seja, DL = +0,47 mm.

11

Se os erros individuais não são conhecidos, utiliza-se para avaliação do erro dacomposição os desvios admissíveis de cada bloco padrão, de acordo com a norma e asua classe de erro. Na terceira coluna da tabela, tem-se os erros admissíveis dos blocospara classe de erro 1. A soma dos valores positivos (negativos) dá o valor máximopositivo (negativo) do erro da composição. Este valor máximo poderia ocorrer quando nacomposição todos os blocos tivessem o máximo erro permitido e, mais ainda, todos como mesmo sinal. Já que isto é muito pouco provável, O erro assim estabelecido não temsentido prático.

De acordo com a teoria de erros usa-se pois, a fórmula:

222

21 ... MnMM EEEL ±±±±=∆

onde:

EM1 ... EM2 são erros máximos permitidos. Os quadrados destes erros encontram-se naquarta coluna da tabela, sendo a soma dos mesmos igual a 0,61. Ao se usar a fórmulalembrada, obtém-se para o erro da composição:

mL µ8,078,061,0 ±=±=±=∆

Como o procedimento que melhor corresponde à realidade, recomenda-se às vezes,calcular o erro não com os desvios máximos como constam na terceira coluna da tabela,mas com apenas 2/3 destes valores. Os valores respectivos podem ser apreciados naquinta coluna da tabela e os quadrados dos mesmos na sexta coluna, resultando nassomas 1,166 e 0,276 respectivamente. O erro da composição é pois,

mL µ5,053,0276,0 ±=±=±=∆

Para o cálculo informativo rápido pode-se usar a seguinte fórmula aproximada quedispensa o cálculo moroso com quadrados e raiz quadrada.

∑=

±=∆

n

iiEML

1

.32

...21

Ao se substituir nesta fórmula as somas obtidas nas colunas terceira e quarta,respectivamente, obtém-se, como erro da composição os valores

( ) matéL µ2,19,075,1.32

...21

1 ±=

±=∆

( ) matéL µ8,06,0166,1.32

...21

2 ±=

±=∆

12

2.6 BLOCOS PADRÃO DE CERÂMICA2.6 BLOCOS PADRÃO DE CERÂMICA

Estes blocos padrão são fabricados com um tipo de cerâmica cujo componente base éo ZIRCÔNIO, que é um dos materiais mais duráveis encontrados até hoje.

A seguir serão apresentadas as características mais importantes destes padrões, semprefazendo-se um paralelo com os blocos fabricados em aço e em metal duro.

Chama-se a atenção para o fato de que somente os resultados que serão descritosadiante foram divulgados pelos fabricantes destes padrões. Somente o tempo poderáconfirmar integralmente as vantagens destes padrões em relação aos tradicionais blocospadrão de aço.

2.6.1 Resistência a Corrosão2.6.1 Resistência a Corrosão

Os blocos padrão cerâmicos são totalmente imunes ao ataque de agentes corrosivos.É uma grande vantagem, principalmente em função do contato constante destes padrõescom o suor humano. Em função disto, estes blocos dispensam tratamento anti-corrosivosou outros cuidados de armazenamento.

2.6.2 Resistência à Abrasão2.6.2 Resistência à Abrasão

E resistência à abrasão dos blocos cerâmicos é de cinco a dez vezes maior do que osfabricados em aço e de quatro a cinco vezes maior de que os fabricados em metal duro.

Esta superioridade dos blocos cerâmicos é devido ao seu baixo coeficiente de atrito etambém à sua densa e homogênea estrutura granular.

Na figura 2.8 é apresentado o resultado da perda de material devido a abrasão parablocos de diferentes materiais. Cada bloco foi carregado igualmente e friccionado commovimentos circulares sobre um desempeno de ferro fundido (DIN-1693-77).

2.6.3 Estabilidade Dimensional2.6.3 Estabilidade Dimensional

Diferente dos blocos fabricados em aço, os blocos não apresentam variaçãodimensional significativa no decorrer do tempo. A figura 2.9a mostra comparativamenteas variações dimensionais de um bloco cerâmico de 100 mm (após a sinterização) e asde um bloco de aço, também de 100 mm, após seu tratamento térmico.

2.6.4 Coeficiente de Expansão Térmica, Módulo de Elasticidade, Dureza e2.6.4 Coeficiente de Expansão Térmica, Módulo de Elasticidade, Dureza eCondutibilidade TérmicaCondutibilidade Térmica

Na figura 2.10 são apresentadas as principais propriedades físicas e mecânicas dosblocos padrão de cerâmica, aço e metal duro.

Em função da proximidade entre os coeficientes de expansão térmica da cerâmica abase de zircônio e o aço, os blocos padrão de cerâmica podem ser usados normalmente

13

como padrão de comprimento para medir peças em aço, o que constitui mais umavantagem para o uso destes últimos.

O fator de condutibilidade térmica da cerâmica é relativamente baixa comparada ao doaço, o que significa dizer que o bloco cerâmico necessita o dobro do tempo,comparativamente ao aço, para alcançar a temperatura ambiente (equilíbrio térmico). Noentanto, em algumas situações isto poderá se tornar tão rapidamente devido asmudanças da temperatura ambiente, comparada ao sue similar de aço.

O tempo necessário para a estabilização térmica dos blocos de cerâmica depende dascondições ambientais, do comprimento do bloco, bem como da diferença inicial detemperatura entre o bloco e o ambiente. Na figura 2.9b é apresentado o resultado daestabilização térmica de dois blocos de 100 mm, um de aço e outro de cerâmica, queforam segurados na mão durante três minutos e a seguir suas variações dimensionaisforam medidas.

Valores dos erros em µm

Comprimento 00 0 1 2 K

nominalEm CA Em CA Em CA Em CA Em CA

mm

de até ± ± ± ± ±-- 1010 0,06 0,05 0,12 0,10 0,20 0,16 0,45 0,30 0,20 0,05

1010 2525 0,07 0,05 0,14 0,10 0,30 0,16 0,60 0,30 0,30 0,05

2525 5050 0,10 0,06 0,20 0,10 0,40 0,18 0,80 0,30 0,40 0,06

5050 7575 0,12 0,06 0,25 0,12 0,50 0,18 1,00 0,35 0,50 0,06

7575 100100 0,14 0,07 0,30 0,12 0,60 0,20 1,20 0,35 0,60 0,07

100100 150150 0,20 0,08 0,40 0,14 0,80 0,20 1,60 0,40 0,80 0,08

150150 200200 0,25 0,09 0,50 0,16 1,00 0,25 2,00 0,40 1,00 0,09

200200 250250 0,30 0,10 0,60 0,16 1,20 0,25 2,40 0,45 1,20 0,10

250250 300300 0,35 0,10 0,70 0,18 1,40 0,25 2,80 0,50 1,40 0,10

300300 400400 0,45 0,12 0,90 0,20 1,80 0,30 3,60 0,50 1,80 0,12

400400 500500 0,50 0,14 1,10 0,25 2,20 0,35 4,40 0,60 2,20 0,14

500500 600600 0,60 0,16 1,30 0,25 2,60 0,40 5,00 0,70 2,60 0,16

600600 700700 0,70 0,18 1,50 0,30 3,00 0,45 6,00 0,70 3,00 0,18

700700 800800 0,80 0,20 1,70 0,30 3,40 0,50 6,50 0,80 3,40 0,20

800800 900900 0,90 0,20 1,90 0,35 3,80 0,50 7,50 0,90 3,80 0,20

900900 10001000 1,00 0,25 2.00 0,40 4,20 0,60 8,00 1.00 4,20 0,25

Figura 2.7: Tolerâncias para Blocos Padrão segundo a norma DIN 861.Figura 2.7: Tolerâncias para Blocos Padrão segundo a norma DIN 861.

2.6.5 Aderência das Superfícies2.6.5 Aderência das Superfícies

Devido ao alto grau de uniformidade e densidade de sua estrutura granular, asuperfície dos blocos cerâmicos se auto aderem com a mesma facilidade dos blocospadrão de aço em estado de novo. A força requerida para desmontagem de blocoscerâmicos é aproximadamente 30% superior àquela necessária para desmontagem deblocos de aço.

14

Figura 2.8: Blocos Padrão de Cerâmica: Resistência à abrasão.Figura 2.8: Blocos Padrão de Cerâmica: Resistência à abrasão.

Para ilustrar a eficiência das superfícies destes blocos , apresentamos a seguir osresultados da composição dos comprimentos de 20 mm e 41 mm, através da montagemde dois blocos, de 10 mm dois blocos de 20,5 mm, respectivamente.

Foram medidos os erros do meio de cada bloco utilizado. A soma dos erros de cadapar de blocos foram utilizados como referência para determinar o erro nominal dacomposição.

Após montagem dos blocos (10 e 10mm / 20,5 e 20,5 mm), cada uma delas foitambém medida na posição central. O erro resultante da montagem foi calculado peladiferença entre o erro do meio efetivo da montagem e a soma dos erros individuais decada bloco como apresentado na tabela 2.2.

Comprimento nominal dos blocos (mm) 10 10 20,5 20,5

Erro do meio de cada bloco (µm) +0,24 +0,26 +0,21 +0,25

Soma dos erros individuais (µm) +0,50 +0,46(erro do comprimento nominal de montagem)

Erro do meio efetivo da montagem (µm) +0,47 +0,48

Erro resultante da montagem (µm) +0,03 +0,02

Tabela 2.2 – Erros resultantes da montagem de blocos cerâmicos.Tabela 2.2 – Erros resultantes da montagem de blocos cerâmicos.

Os resultados apresentados mostram que os erros da composição de um comprimentopela aderência (montagem) de blocos cerâmicos é insignificante.

15

Figura 2.9: Blocos Padrão de Cerâmica: Estabilidade Térmica e Dimemsional.Figura 2.9: Blocos Padrão de Cerâmica: Estabilidade Térmica e Dimemsional.

2.6.6 Resistência Mecânica a Impactos2.6.6 Resistência Mecânica a Impactos

São altamente resistentes a quedas ou impactos em uso normal.

Os erros devidos às deformações superficiais provocadas por impactos ou rebarbas sãototalmente desprezíveis e facilmente removíveis.

MATERIALPROPRIEDADE CERÂMICA

(ZrO2)AÇO METAL DURO

Dureza (HV) 1350 800 1650

Coeficiente deExpansão Térmica 10 ± 1 11,5 ± 1 5

(10-6 K-1)Módulo deElasticidade 2,1 2,1 6,3

(x 105 N/mm2)Fator de

Condutibilidade 0,00293 0,0544 0,0795Térmica (J/mm.s.K)

Figura 2.10: Blocos Padrão: Propriedades Físicas e Mecânicas.Figura 2.10: Blocos Padrão: Propriedades Físicas e Mecânicas.

16

2.6.7 Gravações2.6.7 Gravações

Em função de serem realizadas por um processo de laser, as gravações docomprimento e do número de fabricação permanecem claras e nítidas durante um longotempo (praticamente toda vida útil do bloco), ao contrário do que acontece com seusimilar de aço que é sensível à corrosão.

2.7 MÉTODOS DE CALIBRAÇÃO DE BLOCOS PADRÃO2.7 MÉTODOS DE CALIBRAÇÃO DE BLOCOS PADRÃO

2.7.1 Método Diferencial2.7.1 Método Diferencial

É o método mais simples e rápido para medir o erro do meio (Em) e a constância deafastamento (CA).

No caso do Em, a calibração consiste em comparar um bloco com outro de classe deerro superior, denominado de bloco de referência. Para este conjunto (referência) os errosdo meio são determinados através de calibração, que são executadas por laboratórioscredenciados. Conhecendo-se os erros do padrão de referência, os erros do bloco acalibrar podem ser determinados.

Na figura 2.12 temos uma bancada de calibração de blocos padrão. Através demedição diferencial, chega-se ao erro do meio do bloco a calibrar pela expressão:

Ec = Xc – ( Xp – Ep )

Sendo: Ec = Erro do meio do bloco a calibrar Ep = Erro do meio do bloco de referência Xp = Medida obtida no bloco à calibrar Xc = Medida obtida no bloco de referência

Já no caso da constância de afastamento (CA), mede-se o comprimento do blocopadrão em 5 posições ( figura 2.11). O erro de CA é a diferença entre o comprimentomáximo e mínimo determinados. Portanto, para sua determinação não é necessário autilização do bloco padrão de referência.

A fim de tornar a calibração mais rápida e confiável, o CERTI e o LABMETROdesenvolveram um sistema automatizado de calibração de blocos padrão pelo métododiferencial.

Este sistema automatizado reduz o tempo de medição e confere confiabilidade àcalibração de blocos padrão de comprimento, orienta o operador durante o processo demedição, realiza aquisição de dados, processa-os, compensa erros e gera documentaçãodos resultados (certificado de calibração).

A calibração realizada tradicionalmente de forma manual, implica em:

- Registro manual dos valores das medições em planilhas;

17

- Processamento e comparação das medições de forma manual;- Documentação externa e manual.

Este sistema automatizado tem como funções:

- Receber os dados nominais dos blocos padrão;- Orientar e supervisionar o procedimento de medição;- Efetuar automaticamente as leituras;- Processar as leituras conforme uma metodologia adequada;- Apresentar os resultados.

As características deste sistema são:

- Compensação do erro sistemático do bloco padrão de referência, correções decomprimento devidos aos diferentes coeficientes de expansão térmica, bem comoerros de achatamento devido à diferença de material entre os blocos (referência e acalibrar), permitindo que o trabalho de calibração tenha menor incerteza de mediçãoaumentando a confiabilidade dos resultados;

- Emissão de relatórios apresentando:. erros do meio;. desvios máximo e mínimo;. constância de afastamento;. classe de erro, segundo norma pré-definida, na qual o bloco padrão se enquadraem função dos erros medidos;

- Pequena interferência do operador no processo de medição, não exigindo maiorespecialização do mesmo, pois o sotware é extremamente simples de ser operado;

- Importante economia de tempo, comparativamente ao processo manual;- Criação de uma base de dados diferenciada por cada conjunto de bloco padrão

calibrado.

Figura 2.11: Método Diferencial.Figura 2.11: Método Diferencial.

18

2.7.2 Método Interferométrico2.7.2 Método Interferométrico

a) Medição do Erro de Planicidade

A planicidade das superfícies de medição é verificada utilizando-se o efeito deinterferência luminosa. Sobre a superfície do bloco padrão coloca-se um plano óptico(placa de vidro altamente plana). De acordo com o caráter de desvios da planicidadeaparecem diversos padrões de franjas de interferência. Na figura 2.12a, tem-se aconfiguração de franjas correspondente a uma superfície convexa. Na figura 2.12b, asuperfície é cilíndrica, e com um defeito (risco) local. Na figura 2.12c, tem-se um padrãode franjas bom: sendo poucas, é claro que a inclinação não é grande e além disso, oparalelismo e retilineidade das franjas prova a planicidade. As extremidades quebradasdas franjas correspondem a uma faixa marginal de largura de 1 mm no máximo, querepresenta uma região de segurança que não pode ser usada para a medição. A figura2.12d mostra a superfície levemente convexa. Ao se usar a luz monocromática, cujocomprimento de onda (λ) é conhecido (por exemplo cor amarelo-laranja de sódio tem λ= 0,575 µm), uma distância entre franjas que corresponde a diferença em altura dosreferidos lugares em λ /2 pode ser calculada numericamente. Assim, na figura 2.12d, oafastamento entre os pontos 1 e 2 na direção ortogonal ao plano óptico é λ /2 ( no casoda luz de sódio acima lembrada), o afastamento é (0,28 µm) e a distância entre ospontos 1 e 3 é dois terços da distância entre as franjas vizinhas, ou seja:

( 2/3 ) . ( λ/2 ) = λ/3= 0,19 µm

Esta medição pode ser realizada através de um sistema completamente automatizado,sem contato para medição de planicidade de superfícies altamente planas. Foiinicialmente idealizado para medição de planicidade de blocos padrão, porém compequenas variações pode ser expendido para medição de paralelismo, ortogonalidade, econstância de afastamento e possivelmente com aplicações em superfícies não planas,tais como superfícies esféricas, cilíndricas e outras.

Este sistema utiliza um laser de HeNe e se baseia em princípios interferométricos e tema particular vantagem de não envolver componentes ópticos de precisão, uma vez queaberrações ópticas são identificadas e corrigidas por software.

Os erros de repetitividade deste sistema podem chegar a 0,01 µm (figura 2.13).

b) Medição do erro do Meio

Para verificação do Erro do meio do blocos padrão (essencialmente os de classes deerro 00 e K) utiliza-se a interferência luminosa. No processo trabalha-se com um sistemapadrão de medição baseado no comprimento de onda de um luz monocromática. O erromáximo deste sistema padrão é de ± (0,02+L/5000) µm, ou seja, um valor quasemetade de um casa decimal melhor que o erro máximo no bloco padrão.

19

Figura 2.12: Controle da Superfície de Medição de Bloco Padrão.Figura 2.12: Controle da Superfície de Medição de Bloco Padrão.

Figura 2.13: Medição Automatizada da Planicidade.Figura 2.13: Medição Automatizada da Planicidade.

1

Capí tulo 3Capí tu lo 3

PAQUÍMETROPAQUÍMETRO

3.1 ASPECTOS GERAIS3.1 ASPECTOS GERAIS

3.1 .1 De f i n i ção3 .1 .1 De f i n i ção

O Paquímetro (figura 3.1) é o resultado da associação de: uma escala, comopadrão de comprimento; dois bicos de medição, como meios de transporte domensurando, sendo um ligado à escala e outro ao cursor; um nônio como interpoladorpara a indicação entre traços.

3.1 .2 Carac te r í s t i ca s Cons t ru t i va s3 .1 .2 Carac te r í s t i ca s Cons t ru t i va s

Na figura 3.1a tem-se um paquímetro universal (com bicos para medições internase lingueta) e na figura 3.1b um paquímetro simples, porém com parafuso de chamadaque serve para ajuste fino da posição do cursor.

Os paquímetros distinguem-se pela faixa de indicação, pelo nônio, pelasdimensões e forma dos bicos.

Em geral os paquímetros são construídos para faixa de indicação 120 ... 2000mm; o comprimento dos bicos de 35 a 200 mm correspondentemente. Para casosespeciais é possível adquirir paquímetros de bicos compridos.

O material empregado na construção de paquímetros é usualmente o aço comcoeficiente de dilatação linear α = 11,5 µm/m.K, de forma que o mesmo tenhacomportamento térmico equivalente à maioria das peças.

As superfícies dos bicos situadas frente a frente destinam-se às medições externas(figura 3.1). Para medições internas, os extremos dos bicos são rebaixados, comsuperfícies externas cilíndricas. Ao usar-se estas superfícies de medição, deve-seadicionar à indicação a espessura dos ressaltos dos bicos que é, geralmente, um valorarredondado (10 ou 20 mm). Importante é realizar a calibração desta distânciaperiodicamente a fim de determinar o seu valor efetivo e fazer a correção do errodurante o processo de medição.

Nos paquímetros universais os bicos para medições internas são prolongados para cimae apresentam a forma de gumes, o que permite medir dimensões menores do queaquele valor arredondado.

Paquímetros pequenos podem ter, na parte traseira, uma lingueta que se movejunto com o cursor e serve para medir profundidades.

2

F igu ra 3 .1 : Paqu íme t ro s : T i po un i ve r sa l e de A j u s t e F i no .F i gu ra 3 .1 : Paqu íme t ro s : T i po un i ve r sa l e de A j u s t e F i no .

3 .1 .3 T ipos de Paqu íme t ro s3 .1 .3 T ipos de Paqu íme t ro s

Além do tipo universal, o paquímetro pode ser apresentado de diversas formasespecíficas para cada uso:

- paquímetro de profundidades (figura 3.2a);- calibrador de espessura de dentes de engrenagens (figura 3.2b);- graminho (paquímetro de altura) (figura 3.2c) ;- paquímetro para rasgo de chaveta (figura 3.2d).

Além destes tipos existem muitas outras variantes, no formato e tamanho dos bicos,da faixa de indicação, etc.

A escala de um paquímetro poderá ser (figura 3.6):

- mecânica com indicação via nônio;- cremalheira com indicação via sistema relógio comparador;- magnética ou eletroóptica, com indicação eletrônica e indicação digital.

3

F igu ra 3 .2 : Paqu íme t ro s E spec ia i sF i gu ra 3 .2 : Paqu íme t ro s E spec ia i s.

3.1 .4 Aspec to s Ope rac iona i s3 .1 .4 Aspec to s Ope rac iona i s

Nas medições externas recomenda-se colocar a peça a ser medida o mais pertopossível da escala, de modo a minimizar os erros de não obediência do princípio deAbbé. Nas medições internas, antes de fixar o cursor, deve-se afrouxar a pressão demedição.

Em geral, na medição com paquímetro, deve-se evitar um aperto forte dos bicossobre a peça (evitar a força de medição excessiva).

Além disso, deve-se evitar, ao máximo possível, movimento relativo entre os bicose peça, já que isto provoca desgaste dos bicos, e assim a geração de erros de mediçãocom o paquímetro. Sob hipótese alguma, deve-se medir uma peça em movimento (porexemplo: no torno).

O paquímetro universal (ou quadrimensional) pode ser aplicado de diversas formas(figura 3.7).

Com um paquímetro comum é possível medir diâmetros maiores do que o seucurso. O paquímetro é colocado na peça a ser medida conforme mostra a figura 3.8; bé o comprimento dos bicos e A é a indicação no paquímetro. Diâmetros maiores ousegmentos podem ser medidos com o uso de Blocos Padrão. Sendo a = A/2, temos queo raio da peça é dado por

Ra b

b= +2 2

2

4

Alguns paquímetros digitais podem ser interfaceados a pequenas impressorascom módulos estatísticos ou até a microcomputadores, onde os dados podem serprocessados rapidamente, facilitando o trabalho dos cálculos intermediários emoperações mais complexas como as vistas na figura 3.8.

F igu ra 3 .3 : Paqu íme t ro s Ana lóg i co sF i gu ra 3 .3 : Paqu íme t ro s Ana lóg i co s.

F igu ra 3 .4 : Paqu íme t ro s com nôn io .F i gu ra 3 .4 : Paqu íme t ro s com nôn io .

5

F igu ra 3 .5 : Paqu íme t ro s D ig i t a lF i gu ra 3 .5 : Paqu íme t ro s D ig i t a l .

F igu ra 3 .6 : Paqu íme t ro s : T i po s de l e i t u raF igu ra 3 .6 : Paqu íme t ro s : T i po s de l e i t u ra .

3.2 COMPORTAMENTO METROLÓGICO3.2 COMPORTAMENTO METROLÓGICO

A leitura do nônio deve ser realizada com o paquímetro perpendicular à vista dooperador para evitar o "erro de paralaxe". Entretanto, a maioria das pessoas possuimaior acuidade visual com uma das vistas, o que provoca um erro associado aoprocesso de leitura. Por isso, recomenda-se fazer a leitura com uma só das vistas, apesardas dificuldades em encontrar-se a posição certa. Em experiência feita com um grupo demecânicos, constatou-se que as indicações feitas em paquímetros de precisão, abertosem uma dada dimensão, apresentaram uma dispersão de ± 0,02 mm.

A incerteza de medição de um paquímetro depende:

- dos erros da divisão da escala principal;- dos erros da divisão do nônio;- da retilineidade dos bicos de medição;- da perpendicularidade dos bicos de medição em relação à haste e paralelismo

entre si;- dos erros da guia do cursor.

6

Na medição correta com blocos padrão, num ponto qualquer, as indicações nonônio só podem diferir do valor do bloco padrão de um valor no máximo igual ao erroadmissível indicado na norma DIN 862, válida para paquímetros de qualidade. Oserros admissíveis estão fixados em função apenas do comprimento medido.

A calibração para determinar os erros em operação de medição externa, érealizada com blocos padrão, em vários comprimentos de modo a abranger diversasposições das escalas principal e do nônio. É recomendado que esta calibração sejafeita nas posições interna, média e externa dos bicos, com força de medição constante.

As normas recomendam, entre outras características, tolerâncias da seguinteordem:

- planeza dos bicos para medições externas: 10 µm/100 mm;- paralelismo das superfícies dos bicos: 15 a 20 µm.

Como normas que fixam as características dos paquímetros e regem osprocedimentos de qualificação citam-se:

- internacional : ISO 3599 (Vernier Callipers reading to 0,1 and 0,05 mm)ISO 6906 (Vernier Callipers reading to 0,02 mm)

- brasileira : NBR 6393

- alemã : DIN 862

F igu ra 3 .7 : Ap l i cações u sua i s de paqu íme t ro sF i gu ra 3 .7 : Ap l i cações u sua i s de paqu íme t ro s.

7

F igu ra 3 .8 : Ap l i cações u sua i s de paqu íme t ro sF i gu ra 3 .8 : Ap l i cações u sua i s de paqu íme t ro s.

1

Capí tulo 4Capí tu lo 4

MICRÔMETROSMICRÔMETROS

4.1 INTRODUÇÃO4.1 INTRODUÇÃO

Há poucas décadas atrás o micrômetro era considerado o principal instrumento demedição de comprimento.

Os micrômetros foram os primeiros instrumentos que atenderam ao princípio deERNEST ABBÉ. As máquinas de medir modernas operam com o mesmo princípio domicrômetro , ou seja, são construídas de forma a minimizar os erros de 1ª ordem e emalguns casos até de 2ª ordem.

O desenvolvimento dos micrômetros deslanchou o avanço tecnológico nafabricação de roscas e fusos de alta qualidade. Modernamente microprocessadoresestão sendo integrados à estrutura dos micrômetros, os quais executam, além damedição de forma versátil, uma série de cálculos estatísticos.

4.2 PARAFUSOS DE MEDIÇÃO4.2 PARAFUSOS DE MEDIÇÃO

Um fuso roscado possui, da mesma forma que uma escala, uma divisão contínua euniforme, representada pelos filetes da rosca. Num fuso roscado de 1 mm de passo, oafastamento de um filete para o seguinte é de 1 mm; ele corresponde, portanto, a umaescala dividida em milímetros. A tomada de medida é efetuada girando o fuso na porcacorrespondente, obtendo-se entre estes elementos um movimento relativo de um passopara cada volta completa. Frações de passo podem ser obtidas, subdividindo-se umavolta completa em tantas partes quantas se queira.

O movimento axial do fuso ou da porca, determinado pelo número de voltas,pode ser usado para alterar o afastamento entre duas superfícies de medição de umdeterminado valor, como se verifica, por exemplo, nos micrômetros.

Como já referido, o movimento longitudinal pode ser realizado quer pelo fuso querpela porca, o mesmo pode-se dizer do movimento giratório. Nos parafusos de medição,ambos os movimentos são realizados geralmente pelo fuso. A face frontal do fuso,normal ao eixo do mesmo, constitui usualmente uma superfície de medição. O fuso levaum tambor com divisões na periferia, no qual são lidas as frações de volta.

Os erros do movimento de avanço de um fuso de medição que corresponde aoserros de divisão de uma escala, depende de diversos fatores:

- os erros do passo da rosca;- do perpendicularismo dos sensores de medição em relação ao eixo do parafuso de

medição;

2

- da planicidade dos sensores de medição;- do paralelismo dos sensores de medição- da cilindricidade do tambor de leitura;- do erro da divisão do tambor.

Em primeiro lugar, deve-se citar os erros do passo da rosca. O passo pode estarafetado de erros, que se somam de filete, denominados " erros progressivos ". O valordestes erros, só se verifica depois de uma ou mais voltas completas, emboraevidentemente afetem também comprimentos que não correspondem a uma voltacompleta. No espaço de uma volta há, entretanto, erros na rosca que perturbam auniformidade do avanço. Como estes erros se repetem de volta em volta, denominam-se" erros periódicos ".

Os erros de fuso de medição dependem destes dois tipos de erros, isto é, dos erros" progressivos " e " periódicos ". Como hoje se pode executar roscas de elevadaqualidade, considera-se em geral, o erro global.

Para minimizar os erros de um sistema que utiliza parafuso micrométrico, ajusta-seo zero do instrumento de forma a indicar o valor Eo ( figura 4.1), que corresponde aoerro relativo à " linha zero ". Esta linha é localizada de forma a melhor distribuir os errosglobais em torno de si. Ele pode ser colocada simetricamente em relação aos errosmáximos e mínimos ( figura 4.1) ou ser a linha média ( aritmética ou quadrática ) doserros sistemáticos globais.

F igu ra 4 .1 : A j u s t e do pon to ze ro de um pa ra fu so m i c romé t r i co .F igu ra 4 .1 : A j u s t e do pon to ze ro de um pa ra fu so m i c romé t r i co .

A norma ISO 3611, que especifica os limites de erros permissíveis para micrômetrosexternos, permite um erro residual de zero. Por exemplo, um micrômetro de 0 - 25 mmpode apresentar valor Eo igual a ± 2 µm.

Um outro erro pode ocorrer no fuso de medição em virtude do " curso morto ".Designa-se desta forma a folga entre as roscas do fuso e da porca, o que se exteriorizapela parada do fuso por uma determinada fração de volta, por ocasião da inversão nosentido de giro. A fim de eliminar a influência do " curso morto " sobre os resultados demedição, o movimento final do fuso durante a medição deve ser sempre no mesmosentido, o que na maioria das vezes acontece na pratica.

3

A aplicação mais conhecida da rosca como porta-medida encontra-se nomicrômetro.

4.3 MICRÔMETROS4.3 MICRÔMETROS

Na figura 4.2 encontra-se o desenho, com cortes parciais, de um micrômetro juntocom a denominação das partes principais do mesmo.

O micrômetro têm como porta-medida um fuso roscado, cujo passo devecorresponder em precisão e grandeza aos objetivos da medição. Os micrômetros temem geral um passo de 0,5 mm. O deslocamento longitudinal para uma rotaçãocompleta do parafuso é portanto 0,5 mm. Existem micrômetros cujo parafuso possuiuma rosca com passo de 1 mm.

F igu ra 4 .2 : M ic rôme t ro s imp le s .F igu ra 4 .2 : M ic rôme t ro s imp le s .

Os materiais empregados para fabricação do parafuso micrométrico são: açoliga ou aço inoxidável. O aço inoxidável confere ao parafuso micrométrico maiorresistência à oxidação, mas por outro lado, a sua dureza é menor quando comparada aum fuso de aço liga.

Os parafusos micrométricos são retificados, temperados e estabelecidos comdureza de aproximadamente 63 HRc para garantia da durabilidade do mesmo.

O tambor graduado está fixado ao fuso micrométrico executando assim o mesmomovimento como aquele. A fim de determinar o deslocamento longitudinal do fuso demedição, na parte dianteira do tambor acha-se gravada uma escala que subdivide umarotação ( deslocamento de 0,5 mm ) em 50 partes. O deslocamento de uma divisão deescala no tambor corresponde a um deslocamento longitudinal de 0,01 mm.

O tubo graduado possui duas outras escalas lineares que indicam os milímetros eos meios milímetros. Estando o micrômetro ajustado, isto é, quando o traço do limiteinferior da Faixa de Medição ( FM ) coincidir com o traço zero no tambor graduado,com os sensores de medição se tocando ( FM até 25 mm ), ou em contato com uma

4

haste padrão de comprimento ( FM maior que 25 mm ) então o mesmo pode serempregado para realizar medição, dentro de sua faixa de medição, com divisão deescala de 0,01 mm. O tubo graduado pode apresentar ainda outra escala auxiliar,geralmente com 10 divisões que é o nônio. Neste caso a resolução de leitura para omicrômetro é dada pelo próprio nônio e vale 1 µm.

A resolução comumente adotada em micrômetros quando o mesmo não possuinônio é igual a 1/5 da divisão de escala, ou seja 2 µm. Nos micrômetros digitais aresolução é equivalente ao incremento digital, que em geral é 1 µm.

É importante salientarmos que a resolução não deve ser confundida com aincerteza de medição (erro máximo ) do micrômetro, sendo esta última determinada pelacalibração do mesmo.

A trava do parafuso micrométrico permite fixar a haste de medição em qualquerposição arbitrária. Ela deve impedir o deslocamento do fuso quando acionada, semporém, deslocá-lo do seu eixo.

A catraca é ligada ao parafuso micrométrico possibilitando força de mediçãoconstante. Se a força for superior à resistência da catraca, a mesma gira emfalso sobre o parafuso ( a catraca limita o torque transmissível ao fuso ).

As plaquetas fixadas ao arco devem possibilitar a fácil acomodação domicrômetro na mão do operador e permitir o isolamento contra o calor transmitido pelamesma, de modo a evitar erros na medição provenientes da dilatação térmica do arco.

A cromação do tubo e do tambor de medição aumentam a resistência ao desgastee ataques pelos agentes químicos ( suor, óleo, etc. ). Procurando facilitar a leitura, acromação deve ser opaca, e não brilhante, para evitar reflexos.

Por estarem em contato com a peça a ser medida, os sensores de medição estãosujeitos ao desgaste e por isso nas extremidades dos mesmos, emprega-se placas demetal duro. Estas placas devem ser manuseadas com cuidado, pois o metal duro éfrágil. A dureza dos sensores é de aproximadamente 63 HRc. A qualidade da superfícieda peça também influenciará no desgaste dos sensores.

De importância capital para a minimização da incerteza de medição, são aretificação e a lapidação paralela dos sensores.

O tubo graduado e tambor graduado ( figura 4.2 ) devem ser usinados comtolerâncias estreitas e com forma geométrica cilíndrica, a fim de garantir concentricidadepara os diâmetros externos e interno. Com isto, tem-se rotação fácil para o tambor demedição e leitura simplificada. Graças a uma pequena folga entre o tubo e o tambor,evita-se ao máximo os erros de paralaxe.

A gravação dos traços sobre o tubo bem como sobre o tambor é feita emmáquinas especiais que permitem traçar divisões com mínimos erros e com grandeconstância e nitidez, o que facilita a leitura. Algumas fábricas usam gravação inclinada

5

dos traços dos milímetros; assim é possível distinguir com maior facilidade os traçosreferentes aos milímetros daqueles referentes aos meios-milímetros, já que o tambor nãooculta o traço.

No eliminador de folga, graças ao ajuste cônico sobre o guia do fuso, com oaperto da porca consegue-se eliminar o curso morto, permitindo ainda deslizamentosuave ao girar o fuso.

O comprimento de medição do fuso é geralmente de 25 mm, podendo-seencontrar também parafusos com 13 mm e 30 mm. O comprimento do arco cresce deacordo com o aumento da faixa de operação do micrômetro, normalmente comescalonamento de 25 mm, sendo pois, 0 a 25, 25 a 50, 50 a 75 mm, etc. Osmicrômetros de arcos são construídos para diâmetros de até cerca de dois metros (2 m).

O arco é construído com aço forjado ou ferro fundido especial. O arco deve estarlivre de tensões, e deve ser envelhecido artificialmente. A seção retangular em forma deI, confere ao arco maior rigidez.

Para medidas grandes, a bigorna, e às vezes também o mecanismo micrométricosão construídos de modo ajustável, permitindo faixas de medição maiores do que 25mm, por exemplo, de 300 a 350 mm. Nestes casos deve-se ajustar a bigorna e omecanismo micrométrico de 25 em 25 mm, com auxílio de blocos padrão ou hastespadrão calibradas.

4.3 .1 T ipos de M ic rôme t ro s4 .3 .1 T ipos de M ic rôme t ro s

Além dos micrômetros convencionais com sensores de medição planos, existemmicrômetros especiais com sensores de medição adaptados aos objetivos da medição.

São utilizados para as mais diversas operações como medição de roscas externas einternas, módulos de engrenagens, rasgos de chavetas, etc.Para medição do diâmetro de flancos ( diâmetro primitivo ) de roscas, utilizam-sesensores de medição do tipo cone e prisma, cujas dimensões são adaptadas ao perfil darosca a controlar. A fim de evitar a necessidade de um micrômetro para cada passo epara cada perfil da rosca, os sensores de medição de roscas são substituíveis ( figura 4.7). Na mesma figura 4.7 tem-se também, o aspecto geral do micrômetro e um exemplode medição.

Na figura 4.8 tem-se diversos micrômetros especiais, inclusive para medição deroscas internas, usando o mesmo tipo de sensores de medição tipo " cone e V ".

Outros tipos de micrômetros são os comparadores de roscas. Os sensores são cônicose fabricados especialmente para utilização em rápidas comparações da qualidade darosca em operações de usinagem de parafusos, e ainda para a medição de rasgos dechavetas, rebaixos, ranhuras e muitas outras aplicações inacessíveis com micrômetroscomuns.

6

F igu ra 4 .3 : M i c rôme t ro .F i gu ra 4 .3 : M i c rôme t ro .

F i gu ra 4 .4 : M i c rôme t ro D ig i t a l .F i gu ra 4 .4 : M i c rôme t ro D ig i t a l .

F i gu ra 4 .5 : M i c rôme t ro D ig i t a l .F i gu ra 4 .5 : M i c rôme t ro D ig i t a l .

A medida sobre dentes de engrenagens ( valor médio sobre vários dentes ) pode serdeterminada com o micrômetro que tem os sensores de medição em forma de discosrasos ( figura 4.8). É empregado também para medição de ranhuras, aletas, rasgos dechaveta e ainda outros materiais moles onde se faz necessária maior área de contato( menores deformações do material ).

7

F igu ra 4 .6 : Usos pa ra m i c rôme t ro s .F igu ra 4 .6 : Usos pa ra m i c rôme t ro s .

F i gu ra 4 .7 : M i c rôme t ro s pa ra ro s cas , com pon ta s de med i çãoF igu ra 4 .7 : M i c rôme t ro s pa ra ro s cas , com pon ta s de med i çãosubs t i t u í ve i s .subs t i t u í ve i s .

Medidas de ressaltos e profundidades são efetuadas com um micrômetro deprofundidade ( figura 4.8 ), comumente equipado de um conjunto de hastes de várioscomprimentos que são parafusadas, intercambiavelmente, no corpo do micrômetro.Quando o local é de difícil acesso geralmente usa-se micrômetros com meia base.

8

F igu ra 4 .8 : M i c rôme t ro s e spec ia i s .F igu ra 4 .8 : M i c rôme t ro s e spec ia i s .

F i gu ra 4 .9 : M i c rôme t ro s i n t e rno com cabeça comb inada .F igu ra 4 .9 : M i c rôme t ro s i n t e rno com cabeça comb inada .

F i gu ra 4 .10 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade : e xemp lo de med i ção .F i gu ra 4 .10 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade : e xemp lo de med i ção .

9

F igu ra 4 .11 : M i c rôme t ro s pa ra cana i s : e xemp lo de med i ção .F i gu ra 4 .11 : M i c rôme t ro s pa ra cana i s : e xemp lo de med i ção .

F igu ra 4 .12 : M ic rôme t ros i n t e rno t ubu la r com qua t ro e x t ensões .F igu ra 4 .12 : M ic rôme t ros i n t e rno t ubu la r com qua t ro e x t ensões .

Para medição de espessura de chapas numa posição afastada da borda é usado omicrômetro de arco profundo ( figura 4.8 ).

10

Para medições externas existem também micrômetros com indicação " digital "mecânica ou com cristal líquido, e ainda micrômetros com parafuso micrométricoassociado com relógio comparador montado no lugar da bigorna.

Para a medição de espessura de parede de tubos usa-se um micrômetro cujabigorna tem um sensor de medição abaulado ou esférico ( figura 4.16 ), a fim degarantir o contato bem definido entre o sensor de medição e a peça a medir ( Exemplo:tubo ).

F igu ra 4 .13 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade .F igu ra 4 .13 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade .

F igu ra 4 .14 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade .F igu ra 4 .14 : M i c rôme t ro s de p ro fund idade .

11

F igu ra 4 .15 : Usos pa ra m i c rôme t ro s de p ro fund idade .F i gu ra 4 .15 : Usos pa ra m i c rôme t ro s de p ro fund idade .

F igu ra 4 .16 : M ic rôme t ro s e spec ia i s .F igu ra 4 .16 : M ic rôme t ro s e spec ia i s .

Micrômetros para medidas internas possuem ponteiras de medição ( figura 4.16 ),assemelhando-se até certo ponto aos paquímetros.

Para medição de ferramentas de corte podem ser usados micrômetros especiais,cuja bigorna em forma de prisma ( figura 4.16 ) com vários ângulos, permite a mediçãode ferramentas com um número ímpar de dentes, o que é o caso comum. Para umnúmero par de dentes a medição poderia ser efetuada sem problemas, utilizando ummicrômetro convencional, ideal para medir peças cilíndricas, possibilitando ao mesmotempo verificar a ovalização.

12

F igu ra 4 .17 : M ic rôme t ro s e spec ia i s .F igu ra 4 .17 : M ic rôme t ro s e spec ia i s .

F i gu ra 4 .18 : M i c rôme t ro s pa ra ap l i cações e spec ia i s .F i gu ra 4 .18 : M i c rôme t ro s pa ra ap l i cações e spec ia i s .

Micrômetros para medidas de diâmetros internos de grandes dimensões são construídosem forma tubular (para maiores faixas de medição) . Os micrômetros tubulares,(figura 4.12), são comumente equipados com extensões. Deste modo com um únicocorpo principal e quatro extensões pode-se medir numa faixa de 100 até 300 mm com omesmo parafuso micrométrico de 25 mm de faixa de operação. As superfícies demedição I e II ( figura 4.12 ) encontram-se nas peças a e b. O diagrama na figura4.12 mostra o princípio das combinações de extensões na faixa de 100 até 200 mm.

13

Micrômetros tubulares de vários sistemas de tubos telescópios são fabricados parafaixas de operação de até alguns metros.

Micrômetros com sensor fixo esférico são também utilizados para medir capas derolamentos, buchas, anéis, etc. ( figura 4.17a ).

Os micrômetros com sensores tipo faca ( figura 4.17b ) são utilizados para medirranhuras estreitas, entalhes, rasgos de chaveta e outras aplicações.

Para medição de ressaltos internos recomenda-se o micrômetro com arco curto ( figura 4.17c ).

Há também os micrômetros de medição de espessura e profundidade da solda erebordo em latas comuns e de aerosóis. São indispensáveis durante a fabricação eimprescindíveis no envasamento de produtos gasosos, aerosóis, etc.

Para medição de diâmetros internos, os micrômetros são fabricados com trêssensores defasados de aproximadamente 120º, o que permite definir com segurança odiâmetro a ser medido ( três pontos definem uma circunferência ).

4.3 .2 M ic rôme t ro s D ig i t a i s4 .3 .2 M ic rôme t ro s D ig i t a i s

O micrômetro digital apresenta os elementos básicos do micrômetroconvencional, porém permitem a realização de medições com menor incerteza demedição devido a facilidade de leitura no instrumento, diminuindo os erros de mediçãoassociados principalmente a construção da escala e de paralaxe.

Os primeiros micrômetros digitais fabricados apresentavam resolução demedição de 2 µm e eram puramente mecânicos. Micrômetros de fabricação modernossão constituídos por um microprocessador e um mostrador ( display ) de cristal líquido. Aresolução destes instrumentos é de 1 µm ( figura 4.5).

A introdução do microprocessador e do mostrador de cristal líquidorevolucionaram todo o processo de medição com os micrômetros. Estes permitem:

- Zeragem do instrumento em qualquer posição do fuso permitindo mediçõesabsolutas e diferenciais.

- Introdução de limites de tolerância na memória, permitindo identificar se a peçasatisfaz ou não as especificações de normas, fabricação, etc.;

- Análise estatística dos dados, informando o número de medições realizadas,máximos e mínimos valores das medições, valor médio e desvio padrão dasmedições;

- Saída para impressora, obtendo-se além dos parâmetros citados acima ohistograma relativo as medições.

14

Segundo especificações de fabricantes, as características metrológicas são:

- Resolução : 0,001 mm.

- IM (segundo fabricante)1: ± 2 µm para faixas de operação 0 - 25, 25 - 50 e 50 -75 mm e 3 µm para faixa de operação de 75 - 100 mm.

- Planicidade dos sensores : 0,3 µm.

- Paralelismo entre os sensores: para micrômetros com faixa de 0 - 25 e 25 - 50 mmé de 1µm e para faixas de 50 - 75 e 75 - 100 mm é de 2 µm.

- Força de medição : 6 a 10 N.

4.4 4 .4 FONTES DE ERROS NAS MEDIÇÕES COM MICRÔMETROSFONTES DE ERROS NAS MEDIÇÕES COM MICRÔMETROS

É importante o estudo das fontes de erros em micrômetros para sua minimizaçãodurante o processo de medição.

Uma das grandezas físicas que mais influi sobre as medições é a temperatura.Uma parcela do erro dos micrômetros se deve à transferência de calor no momento emque o operador trabalha com o mesmo, segurando-o. Este procedimento causa erro deleitura, desalinhamento dos sensores pela dilatação do arco, etc. Pode ser reduzido peloemprego de um plástico ( isolante ) no arco do micrômetro ou segurando o mesmo porintermédio de um pedaço de couro.

Mais correto ainda é segurar o micrômetro num suporte especial que se fabricapara este fim. ( A peça segura-se na mão esquerda ). O emprego de um suporte parafixação do micrômetro é recomendado sempre que possível.

A incidência direta de luz solar, proximidade de um forno ou ventilador, sãotambém situações a evitar.

Outro problema comum é a deflexão do arco. A aplicação de uma força demedição sem uso da catraca pode causar a deflexão do arco resultando na separaçãodas superfícies de medição. Além da deflexão do arco, forças excessivas provocamdeformações e achatamneto nas peças submetidas a medição, o que é uma fonte deerro significativa.

O emprego da catraca, aliado a um movimento suave e lento garante força demedição constante e com isto, resultados com pequena dispersão de medição.

Na própria medição, é necessário tomar cuidado para que a força de mediçãoseja igual aquela usada na ajustagem e que não seja demasiada ( o valor normalizadoé 5 até 10 N ). Por isso, o fuso deve se apertado lentamente ( sem impulso ) sempre por 1Na prática a IM, considerando-se a soma da tendência e da repetitividade, destes micrômetro é superior apelo menos ± 4 µm.

15

intermédio da catraca, deixando-se a mesma deslizar durante 3 a 5 voltas. A velocidadede aproximação rápida dos sensores projudica os componentes do mesmo.

Erros de leitura por paralaxe são evitados lendo-se o tambor perpendicularmente.

Durante a medição não se deve empurrar o micrômetro sobre as superfíciesásperas ou sujas. Também não se deve abrir o micrômetro para uma certa medida,acionar a trava e forçá-lo sobre a peça como se fosse um calibrador de boca. Com esteprocedimento tem-se um desgaste rápido dos sensores.

4.5 . PROCEDIMENTO DE CAL IBRAÇÃO4.5. PROCEDIMENTO DE CAL IBRAÇÃO

4 .5 .1 C4 .5 .1 Cu idados I n i c i a i su idados I n i c i a i s

Antes de iniciar a calibração de um micrômetro, ou qualquer outro instrumento, háa necessidade de uma rigorosa inspeção do mesmo no que se refere aos aspectos deconservação, como por exemplo, verificação visual da qualidade da superfície dossensores, condição de funcionamento do instrumento, por exemplo catraca, trava, folgasno parafuso micrométrico, etc., identificando-se a necessidade ou não de manutençãocorretiva prévia.

4.5 .2 4 .5 .2 Normas Técn i cas Normas Técn i cas

Além da norma ISO 3611 a nível internacional, é importante destacarmos tambémas normas existentes em alguns países, como por exemplo a NBR EB-1164 ( Brasil ),DIN 863 ( Alemanha ), JIS B 7502 ( Japão ) e VSM 58050 ( Suíça ). Além delas, ospróprios fabricantes de micrômetros podem ter normas internas para qualificar seusinstrumentos.

4 .5 .3 Pa râme t ro s a Se rem Qua l i f i cados4 .5 .3 Pa râme t ro s a Se rem Qua l i f i cados

A seguir são apresentados os parâmetros a serem verificados na qualificação deum micrômetro.

a) Erros de indicação e repetitividade

Estes erros englobam os efeitos de todos os erros individuais, como por exemplo,erro de passo do parafuso micrométrico, das faces de medição (planeza e paralelismodos sensores de medição), da construção da escala, etc, e sem dúvida é o item maisimportante a ser verificado. A calibração é executada ao longo de toda a faixa demedição do instrumento.

O erro de indicação é determinado com o auxílio de blocos padrão classe I. Éfundamental que os blocos padrão estejam calibrados , de modo a garantiar aconfiabilidade dos resultados.

As normas citadas no item 4.5.2 especificam que os comprimentos dos blocosutilizados na calibração sejam os seguintes : 2,5 - 5,1 - 7,7 - 10,3 - 12,9 - 15,0 - 17,6

16

- 20,2 - 22,8 e 25 mm. Com estes comprimentos é possivel detectar-se a influência doserros do parafuso micrométrico e do paralelismo para diferentes posicões angulares dosensor móvel. O ponto zero ou o limite inferior da faixa de medição também é um pontode calibração.

Alguns fabricantes de blocos padrão já dispõem de um conjunto com oscomprimentos citados anteriormente, o que facilita em muito o trabalho do metrologista,evitando-se a necessidade de realização de montagens com dois ou mais blocos. Alimpeza dos blocos, bem como dos sensores do instrumento é fundamental. Caso hajanecessidade de montagem dos blocos padrão, todo cuidado deve ser consideradodurante o procedimento de aderência dos mesmos a fim de evitar danos às superfíciesde medição.

Para micrômetros de faixa de medição superior a 25 mm, os comprimentos dosblocos a serem utilizados como comprimento padrão na calibração são obtidospela a aderência (montagem) de um bloco, de comprimento equivalente ao limiteinferior da faixa de medição, aos blocos citados anteriormente. Como exemplo, parafazermos a calibração de um micrômetro de 25 a 50 mm , devemos utilizar um bloco de25 mm para aderir aos blocos do conjunto citado anteriormente de modo a obter-mosos seguintes comprimentos: 25 / 27.5 / 30.1 / 32.7 / 35.3 / 37.9 / 40 / 42.6 / 45.2 /47.8 / e 50 mm .

O erro máximo (por norma) para qualquer ponto na faixa de medição domicrômetro é determinado por:

Emax=(4+L/50) (µm),/2/

onde L é o limite inferior da faixa de operação em milímetros.

Infelizmente, como a grande maioria das normas técnicas, o valor do erro máximodado pela expressão matemática apresentada anteriormente só considera a parcela deerros sistemáticos (tendência), como pode ser observado na figura 4.19. A parcela doserros aleatórios não é citada por estas normas, o que é uma deficiência das mesmas.

Como exemplo, um micrômetro de 0 - 25 mm não deve apresentar Emaxsuperior a 4 µm (observe que neste caso L é igual a zero). Recomenda-se, apóscalibração, construir uma curva de erros para o instrumento.

A interpretação deste erro é importante. A normas definem que o micrômetro deveatender a dois requisitos simultâneos, e que serão comentados a seguir considerando-seo processo de calibração de um instrumento com faixa de medição de 0-25 mm:

- a tendência, para cada ponto de calibração, não pode ser superior a 4 µm. Istosignifica que este erro pode assumir sinal positivo ou negativo ( ISO 3611 ) e;

17

- a máxima diferença entre as ordenadas da curva de erros, isto é, a diferença entrea tendência máxima e mínima determinada na calibração não pode exceder a 4µm (ver figura 4.19) ( DIN 863 ).

A primeira condição pode ser obtida quando ajustes de zero, ou limite inferior dafaixa de medição, podem contribuir para minimização dos erros. A segunda condição éa mais problemática tendo-se em vista que não é possível nenhum tipo de correção.

F igu ra 4 .19 : E r ro máx imo de m i c rôme t ro s segundo as no rmasF igu ra 4 .19 : E r ro máx imo de m i c rôme t ro s segundo as no rmasABNT -EB 1164 e D IN 863 .ABNT -EB 1164 e D IN 863 .

A grande diferença entre as normas DIN 863 e ISO 3611 está com relação aoajuste do instrumento. A norma ISO permite uma tendência residual de zero, enquanto anorma DIN exige que o instrumento seja ajustado obrigatoriamente de modo aobter erro igual a "zero" no ponto zero ou limite inferior da faixa de medição.

b) Erros de paralelismo dos sensores

O erro de paralelismo dos sensores de micrômetros de 0 - 25 mm é determinadopela observação das franjas de interferência geradas através da aplicação de um planoóptico especial entre os sensores de medição do micrômetro. Para uma análise maisampla utiliza-se um conjunto de quatro planos ópticos, que se diferenciam pelaespessura escalonada de um quarto de passo /2/. O plano óptico deve estar paralelo àsuperfície de um dos sensores ( franjas de interferência devem praticamente desaparecerou formar círculos concêntricos ). O número total de franjas não deve exercer a oito,quando sob luz comum /2/.

Para micrômetros acima de 25 mm, utiliza-se um bloco padrão entre dois planosópticos, devidamente aderidos, para determinação dos erros de paralelismo.

18

Evidentemente o bloco utilizado deve ter erros de paralelismo entre as faces de mediçãoinferior a um décimo do erro de paralelismo tolerado para o micrômetro.

c) Erro de planeza dos sensores

O erro de planeza dos sensores de medição é determinado por meio de um planoóptico, colocado de tal maneira que o número de franjas de interferência seja mínimaou que existam círculos fechados. Para superfícies com tolerância de planeza de 0,001mm, não mais do que 4 (quatro) franjas circulares e concêntricas da mesma cor devemser visíveis. As superfícies de medição devem ser lapidadas e cada superfície deve terplanicidade dentro de 1 µm /2/.

d) Rigidez do arco ( estribo )

A rigidez dos arcos de micrômetros deve ser tal que uma força de 10 N aplicada entreos sensores não provoque uma flexão que ultrapasse valores indicados por normas. Ocontrole é efetuado aplicando uma carga de 10 N no eixo de medição do arco /5/.

F igu ra 4 .20 : Pad rões de compr imen to pa ra a j u s t agem de m i c rôme t ro s .F i gu ra 4 .20 : Pad rões de compr imen to pa ra a j u s t agem de m i c rôme t ro s .

e) Força de medição

A força de medição exercida pelo acionamento da catraca sobre a peça a medirdeve apresentar valores entre 5 a 10 N /2/. A força de medição pode ser medida porum dinamômetro de alavanca, por exemplo.

f) Erro de ajuste do zero ou do limite inferior da faixa de medição

O micrômetro deve apresentar dispositivo para ajuste do zero e em geral, quandopara faixas de medição superiores a 0 - 25 mm, devem vir acompanhados de padrõescom dimensão igual ao limite inferior da faixa de medição do instrumento parapossibilitar o ajuste da escala.

Os padrões de comprimento para ajustagem de micrômetros externos são cilíndricose apresentam as superfícies de medição planas e/ou esféricas com raio

19

aproximadamente igual a metade do comprimento padrão (figura 4.20a). Sãofabricados de aço ferramenta especialmente selecionado. As superfícies são temperadase lapidadas.

Para ajustagem de micrômetros de roscas pelo método do prisma-cone, os padrõesde comprimento apresentam-se com uma extremidade em forma de " V " e a outra emforma de cone, permitindo o contato entre os sensores com o objetivo de simular umarosca comum ( figura 4.20b).

Anéis padrão são utilizados para ajustagem de micrômetros para medição dediâmetros internos ( figura 4.20c).

Os padrões utilizados em ajustagem de micrômetros, devido ao seu desgaste com ouso, devem ser calibrados periodicamente, isto é, devem ser determinados os seuscomprimentos efetivos de modo a não introduzirem erros sistemáticos, geralmentesignificativos, sobre os resultados das medições. Este é um requisito importante para queum micrômetro possa ser utilizado em controle de qualidade de peças ou medições emgeral.

Deve ser exigido por parte do solicitante do serviço um certificado de calibraçãodestes padrões, que deverá efetivamente relatar o erro sistemático do mesmo e arespectiva incerteza de medição.

É permitido um erro de indicação de ajuste da escala, segundo ISO 3611, dadapela seguinte equação:

± (2 + L/50) µm

sendo L o limite inferior da faixa de medição do instrumento em milímetros /2/. Assim,por exemplo, para um micrômetro de 0 - 25 mm é permitido um erro residual no limiteinferior da faixa de medição igual a ± 2 µm .

Como comentado anteriormente no item a, a Norma DIN 863 não permite errosresiduais no limite inferior da faixa de medição.

g) Qualidade dos traços e algarismos

O micrômetro deve apresentar os traços de graduação nítidos e uniforme, regulares,sem interrupção e sem rebarbas. A distância entre os centros dos traços da graduaçãonão deve ser menor que 0,8 mm /2/. O que evita muitos erros de leitura é a gravaçãoinclinada dos traços da escala sobre o tubo.

h) Erros devido ao acionamento da trava

Quando acionada a trava, a distância entre os sensores de medição não devealterar mais que 2 µm /2/.

20

4.5 .4 4 .5 .4 II n t e r va lo s de Ca l i b raçãon te r va lo s de Ca l i b ração

As normas para qualificação de micrômetros não especificam o tempo entrerecalibrações. Recomenda-se que os micrômetros sejam calibrados de acordo com afreqüência de utilização, baseado em levantamentos estatísticos resultando, por exemplo,num regulamento de calibração parcial, diária, isto é, calibração no ponto zero e algunspontos da faixa de medição, alternando com calibrações completas e detalhadas emintervalos semanais ou mensais. Esta periodicidade é necessária em função do rápidodeterioramento das características metrológicas em função do mal uso, choques, etc.Importante citar a necessidade de manutenção ou substituição de instrumentosdanificados ou excessivamente desgastados devido ao uso.

Como intervalo inicial de calibração recomenda-se o período entre 3 a 6 meses,dependendo evidentemente dos aspectos citados anteriormente.

F igu ra 4 .21 : Med i ção do e r ro de pa ra l e l i smo dos senso re s .F i gu ra 4 .21 : Med i ção do e r ro de pa ra l e l i smo dos senso re s .

4.6 EXEMPLOS4.6 EXEMPLOS

O relatório anexo mostra o resultado da qualificação integral de um micrômetro.Este exemplo caracteriza um instrumento de boa qualidade e bom estado deconservação e dentro das especificações previstas pelas normas /1, 2/.

Alguns resultados referentes a um instrumento já recusado pelo Laboratório deCalibração e retirado de uso, são apresentados a seguir, caracterizando-se os aspectosque apresentam irregularidades segundo especificações das normas.

Nas folhas 1 e 2 ( TL 405 ) são apresentados os dados brutos/processados e ográfico da curva de erros. Como pode-se observar neste gráfico, o valor de Emax ésuperior à tolerância estabelecida por norma.

21

Na figura 4.21 são apresentadas a franjas obtidas na medição do paralelismo dossensores de medição.

As curvas em forma de “S”, próximo às bordas caraterizam desgaste sofrido pelasmesmas em função do atrito mecânico com as peças.

O estado superficial do sensor móvel é tal que impediu a formação de franjas deinterferência quando da avaliação de planicidade com o plano óptico ( superfície nãoespelhada

A força de medição do micrômetro, quando o deslocamento angular do fuso édado através da catraca foi de ≅ 3N, não satisfazendo portanto as exigências dasnormas.

4.7 REFERÊNCIAS B IBL IOGRÁFICAS4.7 REFERÊNCIAS B IBL IOGRÁFICAS

/1/ DIN 863 Meβschrauben. Bügelmeβschrauben Normalausführung:Begriffe, Anforderungen, Prüfung.

/2/ ABNT EB 1164 Micrômetros externos com leitura em 0,01 mm.

/3/ KOTTHAUS, H. Técnica da Produção Industrial. Medição e controle. Ed.Polígono, São Paulo; V.6, p. 44-8.

/4/ FARAGO, F. T. Handbook of Dimensional Measurement. Industrial Press INC. 2ed, p. 19-26.

/5/ MAHR Längenprüftechnik. p. 16-40

/6/ PTB Diskussionstagung Längenmesstechnik, 03/74.

/7/ LEINWEBER, P. Taschenbuch der Längenmesstechnik.

/8/ SCHOELER, N. Metrologia e confiabilidade metrológica. CERTI. Março/95.FIDÉLIS, G. C.

/9/ SCHOELER, N. Qualificação e Certificação de Instrumentos de Medição.Abril/96.

FIDÉLIS, G. C.

1

Capí tulo 5Capí tu lo 5

MEDIDORES DE DESLOCAMENTOMEDIDORES DE DESLOCAMENTO

5.1 INTRODUÇÃO5.1 INTRODUÇÃO

5 .1 .1 Impo r tânc ia5 .1 .1 Impo r tânc ia

A medição de deslocamentos lineares e angulares é de fundamental importânciano campo da engenharia moderna. Cita-se como exemplos de aplicação:

- Movimentos em máquinas ferramentas, máquinas de medir, robôs industriais, etc.;- Conversão mecânica/elétrica em transdutores para grandezas como: força,

pressão, torque, aceleração, etc.;- Controle dimensional através da medição diferencial (pequenos deslocamentos)

como mais importante técnica de controle de qualidade automatizado;

Neste capítulo serão focalizados os medidores de aplicação mais corrente, e queoperam segundo princípios de transdução:

- Mecânico;- Pneumático;- Elétrico analógico;- Elétrico digital.

5.1 .2 Med i ção D i f e renc ia l5 .1 .2 Med i ção D i f e renc ia l

A produção em massa e de elevada qualidade na indústria mecânica exigemedição rápida, confiável e, se possível, com a mínima influência do operador. Estesrequisitos são preenchidos pela medição diferencial.

Os medidores de deslocamento, nesta aplicação, transformam um pequenodeslocamento captado por um sensor de medição em um deslocamento amplificado deum ponteiro, que possa ser lido num mostrador digital. O mensurando é portanto umdeslocamento linear, em geral, bastante pequeno.

Se o sistema de amplificação é de boa qualidade, pode-se obter facilmenteindicações da ordem de até décimos de micrometros (os medidores elétricos dedeslocamento podem oferecer resolução de até centésimos de micrometros).

A indicação representará sempre a diferença entre a dimensão da peça e a de umpadrão para o qual o sistema é ajustado.

A comparação se faz da seguinte maneira:

- Fixa-se o medidor de deslocamento em um dispositivo apropriado ( figura 5.1a );

2

- Coloca-se o padrão sob o sensor do medidor de deslocamento ( figura 5.1b ) e"zera-se" a indicação, por exemplo, através do giro do mostrador até acoincidência do ponteiro com o zero da escala ( figura 5.1c ), ou através do ajusteda altura da fixação do apalpador utilizando dispositivo apropriado;

- Retira-se o padrão, coloca-se a peça e procede-se a leitura da diferença ( figura5.1d ).

F igu ra 5 .1 : Med i ção d i f e r enc i a l .F i gu ra 5 .1 : Med i ção d i f e r enc i a l .

F i gu ra 5 .2 : Ap l i cações dos compa rado re s .F i gu ra 5 .2 : Ap l i cações dos compa rado re s .

Especiais vantagens do método de medição são o seu pequeno erro e sua força demedição quase constante. Como visto na descrição do paquímetro, pode-se cometererros consideráveis, devidos, por exemplo, a uma força de contato excessiva sobre apeça. A medição diferencial permite eliminar alguns destes erros, pois o operador não

3

interfere na operação de medição, a não ser na ajustagem final do instrumento e nacolocação da peça a ser medida.

Modernamente a medição diferencial adquire crescente importância em função deadequar-se amplamente à automatização com emprego de medidores elétricos dedeslocamento.

A medição diferencial tem também larga aplicação no trabalho de ajuste demáquinas, como exemplificado a figura 5.2.

5.2 MEDIDORES MECÂNICOS5.2 MEDIDORES MECÂNICOS

5 .2 .1 S i s t ema de Mo la To r c iona l5 .2 .1 S i s t ema de Mo la To r c iona l

Talvez o mais simples, mas o mais engenhoso dos medidores de deslocamento é oinstrumento projetado por Abramson. Na figura 5.3 é mostrado esquematicamente esteinstrumento. É um sistema de alavanca associada a uma mola torcional tipo fita.

Uma fita muito fina (1) tem fixo no seu centro (0), um ponteiro muito leve (2). A fitaé torcida em forma de hélice em todo o seu comprimento. Uma extremidade da fita éfixada em uma alavanca AOB angular tipo mola, um braço da qual é ligadodiretamente à haste do apalpador (4).

Quando a haste do apalpador se desloca, a alavanca angular gira em torno de 0e provoca um aumento de comprimento na fita. Isto provocará um giro na fita e oponteiro girará de um ângulo proporcional ao alongamento da fita. Pode ser mostradoque o fator de amplificação da fita é dado por:

d

d W n

0

1

9 1 12

= − , .

.

onde: 1 - comprimento da fita medido ao longo do seu eixo;W - largura da fita;n - número de voltas da fita;0 - giro no ponto médio da fita em relação às extremidades.

Para que o instrumento apresente elevada sensibilidade, as dimensões da seçãotransversal da fita devem ser bem reduzidas. Estas dimensões são da ordem de 6 x 2,5 µm e as tensões devidas à tração na fita, são normalmente aliviadas por pequenasperfurações executadas ao longo do seu comprimento. Estes comparadores podematingir uma ampliação de 5.000 vezes.

A função da barra ajustável (3) é possibilitar o ajuste da amplificação. Isto é umagrande vantagem do ponto de vista construtivo do instrumento, já que permite um últimoajuste em fábrica, ou na operação de manutenção.

As forças de medição, em geral, são de 2 a 3 N, podendo em alguns casos seremreduzidas até 0,5 N.

4

F i gu ra 5 .3 : Compa rado r com a l a vanca e mo la t i po f i t a .F i gu ra 5 .3 : Compa rado r com a l a vanca e mo la t i po f i t a .

5 .2 .2 Re lóg io s comparado re s5 .2 .2 Re lóg io s comparado re s

São medidores de deslocamentos constituídos de um apalpador (que toca napeça), de um mecanismo de amplificação baseado num sistema cremalheira/trem deengrenagens e um mostrador circular onde desloca-se um ou dois ponteiros, àsemelhança de relógios.

Na figura 5.4 tem-se o mecanismo de um relógio comparador. Além doselementos básicos, estes medidores em geral possuem ainda:

- Mostrador giratório;- Indicação de voltas completas do ponteiro;- Eliminação de folgas nas engrenagens;- Dispositivo "anti-choque";- Compensação da força de medição.

Com respeito ao relógio comparador, faz-se ainda destaque aos seguintesaspectos:

a) O mostrador giratório ( EP ) permite que o " zero " da escala principal, quando doajuste inicial do relógio comparador, seja levado a coincidir com o ponteiro,qualquer que seja a posição do mesmo; desta maneira, a indicação inicial é zero,facilitando em muito a operação de medição.

5

b) Além da escala principal ( EP ), os relógios comparadores costumam ser equipadoscom uma escala auxiliar ( EA ), sobre a qual um ponteiro pequeno ( PP ) indica asvoltas completas do ponteiro principal ( P ), facilitando assim a leitura.

c) Para a eliminação de folgas do engrenamento, introduz-se uma protensão porintermédio da mola espiral ( ME ). Pela ação desta mola que atua sobre aengrenagem auxiliar ( EAX ), consegue-se que em todo o trem de engrenagens ocontato ocorra sempre no mesmo flanco dos dentes, qualquer que seja a direção domovimento da haste ( H ). Assim elimina-se, em grande parte, o curso morto nainversão do movimento do ponteiro ( histerese ).

d) A proteção do mecanismo contra o choque funciona da seguinte maneira: acremalheira (CR) não é usinada diretamente sobre a haste (H), mas sim sobre umabucha (BU) que, envolvendo a haste (H), pode deslizar sobre a mesma. Na situaçãonormal, bucha (BU) está pressionada pela força de protensão das engrenagens contrao batente (BA) (pino transversal na haste H). Ocorrendo um impacto no apalpador, ahaste (H) se desloca livremente para cima e o batente (BA) se desprende do contatocom a bucha (BU), que permanece inicialmente sem movimentar-se; em seguida, soba atuação da força de protensão, a bucha (BU) começa a se deslocar lentamentepara cima até que o contato com o batente (BA) seja reestabelecido.

e) Compensação da força de medição: A mola de retorno (M) não atua diretamentesobre a haste mas sim, por intermédio de uma alavanca (AL) (encostadaconvenientemente, por exemplo, sobre o batente BA). Deste modo, graças à forma daalavanca (AL) rotulada (em RO) o aumento da força da mola (M), devido aoalongamento crescente da mesma quando a haste (H) sobe, é compensado pelodecréscimo do braço B para b (sendo b < B) sobre o qual a força da mola atua.

F igu ra 5 .4 : Mecan i smo de um re lóg io compa rado r .F i gu ra 5 .4 : Mecan i smo de um re lóg io compa rado r .

6

F i gu ra 5 .5 : Re l óg i o compa rado r d i g i t a l e l e t r ôn i co .F i gu ra 5 .5 : Re l óg i o compa rado r d i g i t a l e l e t r ôn i co .

5.3 MEDIDORES PNEUMÁTICOS5.3 MEDIDORES PNEUMÁTICOS

Os medidores pneumáticos de deslocamento prestam-se com particularesvantagens para aplicações especiais em meios sob radiação nuclear ou camposmagnéticos, no controle de qualidade dimensional e outras. Na figura 5.6 apresenta-seo princípio de funcionamento e um exemplo da realização prática do mesmo.

O método de medição pneumático consiste essencialmente em transformar umdeslocamento em variações de pressão de ar. O princípio é baseado no comportamentodo fluxo de ar em uma câmara com dois orifícios ( figura 5.6 ).

F igu ra 5 .6 : P r i n c í p io de f unc ionamen to do med ido r de des locamen toF igu ra 5 .6 : P r i n c í p io de f unc ionamen to do med ido r de des locamen topneumá t i co .pneumá t i co .

O ar chega a uma pressão constante H. Passa através do orifício de controle G echega a câmara A. O tamanho do orifício G é constante, mas o tamanho efetivo doorifício S pode ser variado através de um deslocamento d. Se d varia, varia também a

7

pressão h, o que nos fornece uma avaliação de d. Por dimensionamento dos diâmetrosde G e S e do rígido controle da pressão H, a pressão h poderá variar linearmente como tamanho efetivo do orifício S. Para valores h/H entre aproximadamente 0,6 e 0,8 arelação entre a pressão h e a área do orifício S é linear. Estes valores são usados nodimensionamento de todo o sistema. A lei linear entre a área do orifício S e a pressão hé expressa na seguinte forma:

h a Hb H

AA= −.

..

12

onde: h -pressão na câmara A; H -pressão de entrada; A1 -área do orifício G; A2 -área efetiva do orifício S; a e b -são constantes

Como nos outros medidores, a sensibilidade é a relação entre a variação do sinal desaída em relação a variação do mensurando. No caso, o sinal de saída é dh e avariação do mensurando corresponde à variação de A2. Logo a sensibilidade é:

dh / dA2 = - bH / A1

Então a amplificação pneumática é proporcional a pressão de entrada einversamente proporcional a área (ou inversamente proporcional ao quadrado dodiâmetro) do orifício de controle (G).

É claro que um requisito necessário para este tipo de sistema de medição é apressão de entrada H ser rigorosamente constante. Para isto, deve-se ter um reguladorde pressão que controle a pressão de alimentação.

A figura 5.7 mostra um esquema do instrumento produzido pela Solex. O arcomprimido provém de um compressor e passa inicialmente por um filtro. A seguir passapor uma válvula de fluxo e onde a pressão é reduzida e mantida constante através deum tubo mergulhado em uma câmara de água, sendo a pressão do tubo equivalente aaltura da coluna d'água. O excesso de ar escapa para a atmosfera em uma forma deborbulhos.

O ar já com pressão reduzida para o valor H, passa através do orifício de controle(3) e sai pelo orifício de medição (5). A resposta de pressão no circuito (h) é indicadapela altura da coluna d'água no tubo manométrico. O tubo é graduado para indicar asvariações de pressão resultantes da variação do deslocamento d.

Amplificações de 50.000 vezes são possíveis neste sistema. A pressão H énormalmente 500 mm H2O. Na prática, a variação da área efetiva de (5) pode ser feitade três formas (figura 5.7 ):

8

- Por aproximação direta: a pressão varia conforme a posição do orifício de saídaem relação à peça a ser medida. É o caso dos bocais para a medição dediâmetros internos.

- Por aproximação indireta: o furo de saída é substituído por um obturador emforma de válvula e a saída de ar se efetua através do espaço entre o obturador eseu encosto. Neste caso, o obturador é acionado mecanicamente através de umapalpador e existe contato entre a peça e instrumento de medida.

- Por estrangulamento: a seção de saída é a própria peça a medir como porexemplo o gigleur de um carburador.

F igu ra 5 .7 : Med i ção de de s l o camen to pe lo p r i n c í p i o pneumá t i co .F i gu ra 5 .7 : Med i ção de de s l o camen to pe lo p r i n c í p i o pneumá t i co .

F igu ra 5 .8 : Fo rma cons t r u t i va dos t ampões .F igu ra 5 .8 : Fo rma cons t r u t i va dos t ampões .

Uma das aplicações mais importantes dos medidores pneumáticos é sem dúvida amedição diferencial de diâmetros internos de peças. Através de técnicas especiais deconstrução dos sensores, denominados tampões ( figura 5.8 ), consegue-se uminstrumento bastante simples de operar, de elevada confiabilidade e pequena incertezade medição .

9

Uma outra forma construtiva é mostrada na figura 5.9. Neste sistema opera-se demodo diferencial, isto é, o sinal proporcional é gerado em função da diferença depressão entre a câmara padrão (canal de referência) e a câmara do medidor (canal demedição).

A medição de pressão é feita com manômetros diferencial que pode operarmecanicamente ( figura 5.9 ) ou eletricamente com as consequentes vantagens.

F igu ra 5 .9 : Med ido r pneumá t i co ( segundo Fede ra l ) .F i gu ra 5 .9 : Med ido r pneumá t i co ( segundo Fede ra l ) .

5.4 ELÉTR ICOS ANALÓGICOS5.4 ELÉTR ICOS ANALÓGICOS

Os medidores elétricos de deslocamento estão sendo cada vez mais utilizados emsubstituição aos sistemas mecânicos e pneumáticos, principalmente pela suasimplicidade de construção e facilidade de automatização.

Os transdutores eletro analógicos, segundo seu princípio de funcionamento sedividem em:

- Resistivos;- Indutivos;- Capacitivos;- Fotoelétricos.

A crescente evolução na área eletrônica permite que sejam construídos sistemas demedição com erros mínimos e alta imunidade a fatores ambientais.

5.4 .1 Res i s t i vo s5 .4 .1 Res i s t i vo s

Os transdutores à base da variação da resistência, por alteração dimensional doresistor efetivo, também conhecido por potenciômetros ( figura 5.10 ), encontram

10

frequente aplicação em função do seu baixo custo, sendo apropriados paradeslocamentos lineares e angulares. Apresentam como desvantagem a alteração de suascaracterísticas com o uso acentuado em função do desgaste. Não apresentam interesseno campo de controle geométrico.

F igu ra 5 .10 : T ransdu to re s r e s i s t i vo s de des locamen to .F igu ra 5 .10 : T ransdu to re s r e s i s t i vo s de des locamen to .

5.4 .2 I ndu t i vo5 .4 .2 I ndu t i vo

Os medidores eletroindutivos de deslocamentos são os mais usados atualmentedentre os medidores analógicos. Suas principais vantagens são:

- construção compacta;- elevada resposta dinâmica;- alta sensibilidade;- boa linearidade;- pouco desgaste;- boa imunidade às influências de fatores ambientais.

Basicamente distingue-se dois métodos de variação da indutância de umtransdutor:

- variação da indutância própria;- variação da indutância mútua entre dois indutores.

Na sequência são analisados alguns aspectos construtivos e operacionais dosmedidores do tipo indutivo:

a) Indutância própria (auto-indutância)

11

Ao tomar-se uma bobina de resistência elétrica desprezível e injetarmos nela umacorrente elétrica variável no tempo, será criada uma diferença de potencial sobre estabobina (figura 5.11a), dada por:

v Ld i

d t= − .

.

.

A constante de proporcionalidade L entre a tensão e o oposto da derivada dacorrente em relação ao tempo é chamada indutância (unidade no SI=Henry). Oelemento físico que apresenta uma indutância predominante é chamado indutor ( figura5.11d).

F igu ra 5 .11 : I ndu tânc i a p róp r i a e i ndu tânc i a mú tua .F i gu ra 5 .11 : I ndu tânc i a p róp r i a e i ndu tânc i a mú tua .

b) Indutância mútua

Uma característica importante dos indutores é a indutância mútua. A indutânciamútua é a propriedade de um indutor percorrido por uma corrente elétrica comamplitude variável, induzir uma tensão elétrica em um outro indutor próximo (figura5.11b).

Um transformador de tensão é um conjunto formado por dois indutores acopladosmagneticamente de forma eficaz, ou seja, através de um núcleo de alta permeabilidademagnética (figura 5.11c).

c) Características de um indutor

A forma fisica característica de um indutor é uma bobina enrolada sobre um núcleode alta permeabilidade magnética.

12

A indutância de um indutor ideal pode ser dada em função das característicasgeométricas da bobina, da permeabilidade magnética do meio, e do número total deespiras ( figura 5.11d), ou seja:

L n A= 2 1. . . µ

onde: n - número de espiras da bobina por unidade de comprimento;1 - comprimento da bobina;A - área da seção transversal da bobina;µ - permeabilidade magnética do meio.

Cosiderando que N = n.l, onde N é o número total de espiras tem-se:

L NA= 2

1. . µ

A princípio qualquer um dos parâmetros da equação acima pode ser usado paravariar a indutância do indutor. O parâmetro mais usado, pela facilidade de construçãodo transdutor e dos ótimos resultados metrológicos e operacionais alcançados é apermeabilidade magnética "µ".

d) Transdutor Diferencial pela Auto-indutância

Na figura 5.12a pode-se ver um transdutor indutivo de variação da indutânciaprópria constituído de um só indutor. Este tipo de transdutor possui uma característicaaltamente não linear. Como forma de compensar esta característica, usa-se o artifício daligação diferencial ( figura 5.12b), conseguindo-se uma resposta de maior sensibilidadee linearidade.

Na figura 5.12b está mostrada a configuração normalmente encontrada emmedidores de deslocamento indutivo com contato, pela variação da indutância própriade forma diferencial, ou seja, variação da indutância de dois indutores, umaaumentando e outra diminuindo de valor, simultaneamente.

Pela variação da indutância de um indutor conforme visto na figura 5.12, foramdesenvolvidos diferentes tipos de transdutores de deslocamento indutivos. O transdutormais difundido é o deslocamento linear com cursor (contato). Na figura 5.13, tem-se aforma construtiva de um tipo comercial. A faixa de medição é função das dimensões doscomponentes, atingindo a faixa de até ± 0,5 m.

Suas principais vantagens são robustez, erros mínimos, estabilidade e resolução,que pode, dependendo da unidade de tratamento do sinal, ser até da ordem de 0,01 µm.

As principais características metrológicas e operacionais deste tipo de transdutorpodem ser vistas no quadro da figura 5.14.

13

F igu ra 5 .12 : T ran sdu to r i ndu t i vo .F i gu ra 5 .12 : T ran sdu to r i ndu t i vo .

F i gu ra 5 .13 : T ran sdu to r i ndu t i vo com con ta to .F i gu ra 5 .13 : T ran sdu to r i ndu t i vo com con ta to .

e) Transdutor Diferencial de Indutância Mútua

Este tipo de transdutor baseia-se no princípio de variação da indutância mútuaentre dois indutores. O tipo mais comum está mostrado na figura 5.15. É formado portrês indutores, sendo que um (primário) é excitado com uma tensão de amplitude e

14

frequência fixas e os outros dois ligados de forma diferencial (secundário). A tensãonestes dois enrolamentos é proporcional ao fator de acoplamento entre o enrolamentoprimário e secundário o qual varia de acordo com a posição do núcleo.

Característica Valor Típico Observações

Classe de 0,5% do V.F.E. Para a faixa de operação nominal. Precisão

Linearidade 0,05% a 5% Dependendo da faixa de operação.

Incerteza de + 0,01 µm ± 2S (S= desvio padrão para Medição n medidas) para uma faixa de ± 2 mm.

Histerese 0,003% mm Dados de calibração feita em um transdutor.

Resolução 0,01 µm Dada aproximadamente pela tensão residual do circuito ponte.

Sensibilidade 100 mv / mm Por unidade volt de excitação do transdutor.

F igu ra 5 .14 : Ca rac t e r í s t i c a s me t ro l óg i ca s e ope rac i ona i sF i gu ra 5 .14 : Ca rac t e r í s t i c a s me t ro l óg i ca s e ope rac i ona i s( va lo re s l im i t e t í p i co s do t r an sdu to r de de s l ocamen to de i ndu tânc i a( va lo re s l im i t e t í p i co s do t r an sdu to r de de s l ocamen to de i ndu tânc i a

p r ó p r i a ) .p r ó p r i a ) .

F i gu ra 5 .15 : T ransdu to re s i ndu t i vo s ; T rans fo rmado r d i f e r enc ia l .F i gu ra 5 .15 : T ransdu to re s i ndu t i vo s ; T rans fo rmado r d i f e r enc ia l .

f) Transdutor Indutivo sem Contato

Os transdutores indutivos sem contato permitem a medição de deslocamentos coma vantagem de não provocarem retroação sobre o processo devido a inexistência deforça de medição. Existe no entanto a desvantagem de necessitar uma calibração paracada montagem específica, já que o comportamento depende do posicionamentoespacial dos elementos envolvidos, bem como das características geométricas e domaterial da peça da qual se está medindo o deslocamento ( figura 5.16).

15

F igu ra 5 .16 : T ransdu to re s i ndu t i vo s sem con ta to .F igu ra 5 .16 : T ransdu to re s i ndu t i vo s sem con ta to .

Os transdutores de deslocamento indutivos sem contato são utilizados aos pares,podendo-se proceder a montagem com dois elementos ativos (1/2 ponte), na formadiferencial, ou com um elemento ativo e um de compensação (1/4 de ponte).

g) Diagrama de Blocos do Sistema de Medição Eletro Indutivo

Na figura 5.17 pode-se ver o diagrama de blocos básico de um sistema demedição de deslocamento utilizado com um transdutor indutivo do tipo com contato evariação da indutância própria. Nesta figura pode-se ver inclusive os sinais obtidos nasdiversas etapas do sistema desde a grandeza a medir (GM) até a indicação do sinalmedido.

h) Transdutor Indutivo sem Contato, por Correntes Parasitas

Estes transdutores aproveitam o efeito de correntes parasitas (correntes de Foucauld)que surgem em um material condutor de eletricidade quando este é submetido a umcampo magnético. O sensor é constituído de uma bobina ativa, que gera tal campo, eoutra que permite compensar variações de temperatura ( figura 5.18). Uma parte docampo magnético de alta frequência (1 MHz) é dissipado no interior da peça, e estaperda depende, entre outros fatores, da distância entre ela e a bobina. Um circuito emponte detecta esta perda, fornecendo um sinal elétrico que deve ser adequadamentetratado. Os principais fatores que influenciam a sensibilidade são:

- Condutividade elétrica do material: obtém-se maior sensibilidade quanto maior acondutividade, podendo-se ter materiais de baixa condutividade magnética (p. ex.:alumínio);

- Distância entre a bobina e a peça: consequência da não linearidade do princípiofísico de transdução;

16

- Geometria da peça - a superfície sobre a qual incidem as linhas de campomagnético, existindo restrições quanto à mínima espessura da peça (1 mm).

Estes sistemas devem ser calibrados para as específicas condições de utilização. Nosentido de compensar a não linearidade, estes sistemas contam com circuitos analógicosde compensação, ou até mesmo, microprocessadores que permitem uma calibração eajustagem para cada aplicação.

F igu ra 5 .17 : Med ido r i ndu t i vo de des locamen to ; Módu lo s do s i s t emaF igu ra 5 .17 : Med ido r i ndu t i vo de des locamen to ; Módu lo s do s i s t emade med i ção .de med i ção .

5 .4 .3 Capac i t a t i vo5 .4 .3 Capac i t a t i vo

Conforme mostrado na figura 5.19, a capacitância de um capacitador pode seralterada em função da variação do afastamento das placas, da área superposta deplacas e do dielétrico. Todos os três recursos podem ser utilizados para a medição dedeslocamentos, conforme esquematizado na figura 5.19.

A montagem diferencial de dois capacitadores é utilizada para obter-selinearidade e alta sensibilidade na medição de pequenos deslocamentos ( figura 5.19).

Uma das vantagens do sistema capacitativo é permitir medições de deslocamentosem meios sujeitos a grandes variações de temperatura.

17

F igu ra 5 .18 : Med ido r i ndu t i vo de des locamen to ;F i gu ra 5 .18 : Med ido r i ndu t i vo de des locamen to ;T i po sem con ta to , po r co r r en te s pa ra s i t a s .T i po sem con ta to , po r co r r en te s pa ra s i t a s .

F i gu ra 5 .19 : T ran sdu to re s capac i t i vo s ; Mé todos de va r i a ção daF igu ra 5 .19 : T ran sdu to re s capac i t i vo s ; Mé todos de va r i a ção dacapac i t ân c i a .capac i t â n c i a .

18

5.4 .4 Fo toe l é t r i co5 .4 .4 Fo toe l é t r i co

Os medidores fotoelétricos analógicos são formados por um substratosemicondutor e um circuito elétrico complementar ( figura 5.20 ). Eles fornecem um sinalde tensão "V", proporcional à posição do feixe luminoso (∆d) incidente no substrato.Possuem boa linearidade, boa sensibilidade e velocidade de operação entre 0 e 10 kHz.Sua principal desvantagem é a de não poderem trabalhar em meios expostos à poeira,óleo e outras impurezas.

F igu ra 5 .20 : T ran sdu to r ana lóg i co f o t oe l é t r i co .F i gu ra 5 .20 : T ran sdu to r ana lóg i co f o t oe l é t r i co .

5.5 MEDIDORES ELÉTR ICOS DIGITAIS5.5 MEDIDORES ELÉTR ICOS DIGITAIS

Os principais medidores elétricos digitais utilizam transdutores de deslocamentoque operam com escalas eletro-ópticas.

As escalas eletro-ópticas baseiam-se na codificação de uma barra ou disco pormarcações que interferem na transmissão de luz de uma fonte até um fotodetector. Afigura 5.21 mostra os dois princípios distintos de medição com as escalas eletro-ópticas:o incremental e o absoluto.

F igu ra 5 .21 : E s ca la s e l e t roóp t i ca s i n c remen ta i s .F i gu ra 5 .21 : E s ca la s e l e t roóp t i ca s i n c remen ta i s .

19

5.5 .1 Med ido re s com Esca la s E l e t roóp t i ca s I nc remen ta i s5 .5 .1 Med ido re s com Esca la s E l e t roóp t i ca s I nc remen ta i s

As escalas incrementais devido ao seu custo inferior e características metrológicassuperiores, têm uso predominante em aplicações práticas.

Opticamente elas podem ser de dois tipos:

- Reflexiva: um feixe luminoso incide sobre uma escala polida com gravações detraços opacos, refletindo sobre ela em direção a um fotodetector. Com omovimento da escala, este fotodetector libera um sinal elétrico proporcional àintensidade luminosa incidente;

- Transparente: enquanto se desloca, uma escala de vidro gravada com traçosescuros interrompe de modo alternado um feixe luminoso entre a fonte e umfotodetector (figura 5.21).

Em ambos os casos, o fotodetector fornece um sinal senoidal cujo períodocorresponde ao espaçamento entre os traços da escala e que, após um tratamento, éinjetado em um contador. Com o número de pulsos contados e o espaçamento entrefranjas, é possivel calcular o deslocamento relativo da escala.

F i gu ra 5 .22 : Med i ção op to - e l e t r ôn i ca de pos i ção l i nea r .F i gu ra 5 .22 : Med i ção op to - e l e t r ôn i ca de pos i ção l i nea r .

Uma maior resolução é obtida com um segundo conjunto de fotodetectores, cujaposição em relação ao primeiro resulta na emissão de um sinal eletricamente defasadoem 90° (figura 5.22). Por uma combinação lógica dos níveis dos dois sinais, é possivelinterpolar deslocamentos menores do que o espaçamento entre franjas e identificar osentido do movimento. Traços adicionais, separados da escala principal, podem serprevistos para definir uma posição de referência localizável quando se deseja inicializaros contadores com um valor pré-estabelecido.

20

Algumas escalas têm gravados códigos correspondentes à posição absoluta daescala, permitindo rapidamente recuperar a indicação no mostrador, após, porexemplo, ter sido desligado o contador.

De maneira análoga às escalas lineares, configura-se escalas angulares com discosópticos e fotodetectores orientados radialmente.

Como principais vantagens destas escalas, apresentam-se a sua estabilidade como tempo e frente a variaçoes de temperatura, bem como a grande faixa de operaçãoque se pode obter pela justaposição de segmentos de escala. A principal fonte de errosreside no espaçamento entre os traços e, com menor significado, erros de interpolaçãoentre duas franjas adjacentes.

Os sistemas de medição comerciais, baseados em escalas eletro-ópticas, têm sidocolocados à disposição com incremento digital de até 0,1 µm. A associação deprincípios interferométricos na detecção de franjas, estas agora gravadas em umacamada de ouro depositada sobre uma fita de aço, permite alcançar uma incrementodigital de 0,02 µm.

5.5 .2 Med ido re s com Esca la s E l e t roóp t i ca s Abso lu ta s5 .5 .2 Med ido re s com Esca la s E l e t roóp t i ca s Abso lu ta s

Nas escalas absolutas existe uma codificação de posição gravada na suasuperfície, baseada em regiões que transmitem ou não o feixe luminoso de uma fonteaté um fotodetector ( figura 5.23 ). Um conjunto de fotodetectores capta, a cadaposição da escala, os sinais de passagem ou não do feixe nas diversas regiõescodificadas determinando-se a posição da escala pela combinação lógica destes sinais.

A principal desvantagem deste tipo de escala é a menor resolução que se podealcançar, muito embora já sejam disponíveis com sistemas com incremento digital de1 µm.

F i gu ra 5 .23 : Cod i f i c a ção ab so l u t a de po s i ção .F i gu ra 5 .23 : Cod i f i c a ção ab so l u t a de po s i ção .

21

5.5 .3 O Lase r I n t e r f e romé t r i co5 .5 .3 O Lase r I n t e r f e romé t r i co

O laser interferométrico é um instrumento de grande versatilidade e qualidadepara a medição de deslocamentos lineares que vão de décimos de µm a dezenas demetros. A seguir é descrito o seu princípio de funcionamento.

Um laser a gás He-Ne, tipo Zeemann, é o elemento central do LaserInterferométrico modular. Ele pode alimentar simultaneamente até 6 módulos demedição nos quais se mede, independentemente, uma grandeza por módulo.

Baseado na figura 5.24, pode-se expor resumidamente o princípio defuncionamento. O laser emite um raio com duas frequências f1 e f2 bastante próximas eestáveis. Pela deflexão de parte do raio sobre um fotodetetor, é gerado por interferência,um sinal elétrico com uma frequência (f1 - f2). O restante da energia do raio é colocadoà disposição dos módulos. Na figura 5.24 está esquematizado um módulo genérico.

F igu ra 5 .24 : Componen te s bás i co s do l a se r i n t e r f e romé t r i co modu la r .F i gu ra 5 .24 : Componen te s bás i co s do l a se r i n t e r f e romé t r i co modu la r .

O raio proveniente do laser é, num interferômetro, dividido em suas componentes f1 ef2. Estes raios são, por sua vez, reencaminhados ao interferômetro pelos retro-refletores,de onde seguem, conjuntamente, até o fotodetetor localizado no captador. Ali, gera-sepor interferência no estado estático dos componentes ópticos, um sinal de frequência (f1- f2). Este sinal e o sinal de referência gerado no cabeçote, são encaminhados acontadores eletrônicos dos quais é, ciclicamente, realizada a diferença, e esta transferidaa um acumulador. Havendo um movimento dos retrorefletores, ocorre uma alteração nafrequência (± ∆f1 e ou ± ∆f2) em função do efeito Doppler. O sinal gerado terá, então,durante o deslocamento, uma frequência (f1 ± ∆f1) - (f2 ± ∆f2), sendo em função distoregistrada uma diferença nos contadores. O valor acumulado corresponde à diferençado caminho óptico de f1 e f2.

No interferômetro linear (figura 5.25), um dos retrorefletores é fixo com relação aointerferômetro (∆f2 = 0). Havendo um deslocamento dx do outro retrorefletor, adiferença do caminho óptico entre f1 e f2 será proporcional ao deslocamento dx, que

22

pode ser medido com uma resolução da ordem de 0,16 µm ao longo de 60 m comuma incerteza de ± 1 µm/m sob condições ideais. O valor de f1 não é alterado porpequenos deslocamentos transversais e inclinações do retrorefletor.

Alguns sistemas mais modernos alcançam uma resolução de 0,01 µm.

Na figura 5.25 está esquematizado o interferômetro linear de espelho plano. Aquitambém um dos raios não altera o caminho óptico em relação ao interferômetro (f2),ficando o sinal resultante dependente da variação sofrida pelo outro (f1). Com o duplopercurso do raio entre interferômetro e refletor (espelho plano) a diferença do caminhoóptico com um deslocamento dx será dupla em relação ao interferômetro linear,duplicando consequentemente a sensibilidade. O refletor, sendo um espelho plano,poderá ser deslocado, transversalmente, sem influenciar o valor medido.

F igu ra 5 .25 : I n t e r f e rôme t ro s pa ra med i ção de des locamen tos l i nea re s .F igu ra 5 .25 : I n t e r f e rôme t ro s pa ra med i ção de des locamen tos l i nea re s .

F i gu ra 5 .26 : I n t e r f e rôme t ro angu la r .F i gu ra 5 .26 : I n t e r f e rôme t ro angu la r .

23

Na figura 5.26 mostra-se a viabilidade da medição de pequenos deslocamentosangulares, fazendo-se um arranjo especial de componentes ópticos.

5.6 NORMAS RELAT IVAS AOS MEDIDORES DE DESLOCAMENTO5.6 NORMAS RELAT IVAS AOS MEDIDORES DE DESLOCAMENTO

NBR 6388 "Relógios Comparadores com leitura de 0,01 mm".NBR 10125 "Relógios Comparadores com leitura de 0,001 mm".DIN 878 "Messuhren"DIN 879, Teil 1 "Fõnzeiger mit mechanischer Anzeige"JIS B7536 "Eletrical Comparators"ISO/R463 "Metric dial gauges for linear measurement"ASME/ANSI B89.1.10M "Dial Indicators ( For Linear Measurements )"JIS B 7503 "Dial Gauges Reading in 0,01 mm"

1

Capítulo 6Capítulo 6

INSTRUMENTOS AUXILIARES DE MEDIÇÃOINSTRUMENTOS AUXILIARES DE MEDIÇÃO

6.1 MATERIALIZAÇÃO DE FORMAS GEOMÉTRICAS SIMPLES6.1 MATERIALIZAÇÃO DE FORMAS GEOMÉTRICAS SIMPLES

Para muitas medições, ou para traçagem de peças, necessita-se de um plano oude uma reta de referência materializados.

Partindo deste plano ou reta, considerados perfeitos para o caso em questão(ou levadas em conta as imperfeições porventura existentes ) pode-se determinar diversasmedidas e estabelecer correlações entre as mesmas: se, por exemplo, numa carcaça comvários furos deve-se determinar a posição dos eixos destes furos entre si e em relação auma superfície de saída ( de referência ) sobre a carcaça, é mais conveniente montá-lanum plano de medição ( placa de traçagem, desempeno ) e determinar todas as medidasnecessárias a partir da mesma com auxílio, por exemplo, de blocos padrão, graminho oumedidor de coordenadas ( figura 6.1).

Para a traçagem vale o mesmo. Precisa-se então, para tais procedimentos,desempeno, réguas e esquadros.

Figura 6.1: Exemplo de peça de grande porte medida em desempeno.Figura 6.1: Exemplo de peça de grande porte medida em desempeno.

6.2 DESEMPENOS6.2 DESEMPENOS

Os desempenos ( placas ) são geralmente de ferro fundido, sem falhas defundição, fortemente nervuradas na parte inferior a fim de se ter uma boa rigidez. Sãoapoiados em três pés com o que se tem sempre um apoio bem definido ( isostático ), edispondo-os de modo a conseguir a mínima flecha de flexão pelo peso próprio.

De acordo com a classe de exatidão, a superfície ( plana ) do desempeno pode

2

ser usinada ( usinagem de acabamento ), plainada ou rasqueteada, porém nuncaretificadas (pequenas partículas dos grãos de rebolo poderiam ficar presas dentro deporos do ferro fundido e provocar desgaste demasiado dos instrumentos de medição).

Dimensões e erros admissíveis são normalizados pela DIN 876 e NBR 7263. Oerros admissíveis de planeza, relativos a um plano ideal médio da placa em questão,podem ser apreciados, na tabela a seguir.

ERROS ADMISSÍVEIS DE DESEMPENOS DIN 876 / NBR 7263ERROS ADMISSÍVEIS DE DESEMPENOS DIN 876 / NBR 7263

Classe de erro Tolerância de planicidade 00 4 + a/500 0 4 + a/250 1 10 + a/100 2 20 + a/50 3 40 + a/25

a = comprimento do lado maior do desempeno

A verificação da planeza de uma placa é feita com auxílio de uma régua ( depequeno erro máximo ), montada sobre dois blocos padrão do mesmo tamanho, comomostra figura 6.3. A distância entre a régua e a placa é medida em vários pontos comblocos padrão. As diferenças de medidas destes blocos indicam os erros de planeza daplaca nos pontos correspondentes.

NOTA:NOTA: Este procedimento, usado na prática pela sua simplicidade, substitui na realidade,o método baseado na medição da retilineidade em várias direções. Trata-se, pois,apenas de um método onde a planeza é medida de forma aproximada.

O método de medição do erro da planeza apresentado é o mais elementar.Muitos outros métodos são empregados e utilizam instrumentação sofisticada como: níveleletrônico, autocolimador, laser de alinhamento, etc.

Quando se utilizam níveis eletrônicos o procedimento também se baseia namedição de retilineidade em várias direções, e por processamento dos dados emsoftware específico, é feito a " amarração " dos dados e se determina o erro de planezado desempeno. A vantagem de se utilizar níveis eletrônicos está associada a baixaincerteza de medição e ao tempo dedicado a calibração, que em geral é menorcomparativamente ao que utiliza réguas padrão.

Se o desempeno é utilizado como plano de referência, ele é disposto nahorizontal, com os pés para baixo e a superfície de medição nivelada com um nível debolha, sendo montado em altura conveniente ao trabalho em pé (1000 a 1200 mm)sobre uma estrutura rígida metálica ( tubular ou de perfis laminados ). Para os trabalhosnos desempenos, dispõe-se de uma série de acessórios ( figuras 6.1 e 6.2).

3

Figura 6.2: Acessórios para trabalhos de medição em desempenos.Figura 6.2: Acessórios para trabalhos de medição em desempenos.

Figura 6.3: Controle da planicidade de um desempeno, realizado com régua padrãoFigura 6.3: Controle da planicidade de um desempeno, realizado com régua padrãoe blocos padrão.e blocos padrão.

Como o nome "desempeno" já indica, ele não é usado apenas para a mediçãomas, também, para desempenar superfícies. Entende-se aqui a operação de esfregar odesempeno, sobre o qual foi aplicada tinta ( pastosa, a base de óleo geralmente de corazul escura ) finamente distribuída, sobre a superfície a desempenar, com o objetivo detornar bem visíveis ( "pintar" ) os pontos altos desta superfície. Os pontos " pintados " sãoremovidos em seguida, pelo rasqueteamento. Repetindo o processo descrito várias vezes,consegue-se uma superfície com planeza próxima daquela do desempeno. Nesteprocesso, obviamente o desempeno é usado em várias posições ( também de cabeça

4

para baixo ), de acordo com a posição da superfície a desempenar, e é manobrado porintermédio de maçanetas adequadas.

O procedimento descrito trata-se de uma comparação entre a superfície acontrolar e a do desempeno, comparação que não merece inteira confiança, já que osdois corpos se compensam de um certo modo e, além disso, o erro de comparaçãodepende também da espessura da camada de tinta ( se for muita espessa, "pinta-se"também lugares mais baixos da superfície a desempenar ).

Placas menores ( até cerca de 200 mm de diâmetro ) são fabricadas de aço,temperadas e retificadas. Os erros em sua planeza são da ordem de ± 0,02 mm.

Desempenos de referência para traçagem e medição são fabricados atualmenteem granito. O granito, como passa por " envelhecimento natural " que ocorre após váriosmilhões de anos, não tende a deformar-se com o tempo ( como é o caso, por exemplo,do ferro fundido ). Além disso, essas placas de granito, são construídas de tal maneiraque, ao serem danificadas por algum impacto ( por exemplo, queda por descuido dealguma peça a ser medida) soltam lascas bem visíveis no local do impacto, perdendo asua planeza apenas parcialmente. Possuem a desvantagem de não permitirem o uso desuportes magnéticos.

6.3 RÉGUAS6.3 RÉGUAS

Para a representação de eixos de referência e de linhas retas ( bordos dereferência ), em muitos casos são empregados as réguas, construídas de aço, ferrofundido ou granito.

Uma secção retangular ou de perfil em I ( réguas de oficina ) é a mais freqüente,mas para os casos especiais, usam-se também outras seções: com gume ( régua de fio ),com seção triangular ou de quatro cantos ( réguas de desempeno ) e outras ( figuras6.4).

Correspondendo às suas múltiplas aplicações, fabricam-se em comprimentos deaté 5 metros ( em casos especiais também maiores ) e com erros admissíveisnormalizados pela DIN 874 como se pode ver na tabela a seguir:

ERROS ADMISSÍVEIS DE RÉGUAS ( DIN 874 )ERROS ADMISSÍVEIS DE RÉGUAS ( DIN 874 )

Classe de Erro Erro Máximo Permitidode Planicidade (µm)

00 1 + L /150 0 2 + L /100 I 4 + L /60

II 8 + L /40

L = Comprimento da régua em mm.

5

A régua de fio não tem uma superfície de medição, mas apenas um bordo demedição ( figura 6.4.a ). Ela é, por isto, muito apropriada para o controle de planezapelo processo da fresta luminosa. Com ela pode-se perceber frestas de até 0,001 mmque aparecem "ampliadas " em virtude da refração da luz no bordo da régua.

Figura 6.4: Réguas.Figura 6.4: Réguas.

As superfícies de medição das réguas com seção retangular são os lados estreitosdo retângulo ( figura 6.4.b ).

Réguas padrão acima de 2 metros e réguas de oficina de qualidade I acima de2,5 m de comprimento são rebaixadas nas faces laterais de forma que resulta umasecção I ( figura 6.4.c). Os lados estreitos da seção são as superfícies de medição quedevem satisfazer aos erros máximos anteriormente citados.

As réguas de 3 e 4 cantos ( figura 6.4.d e 6.4.e) têm os respectivos bordos demedição temperados.

Na figura 6.5 tem-se uma régua de desempeno, usada para desempenarsuperfícies estreitas porém compridas com nervuras de reforço em formas parabólicas, e éfabricada com a mesma classe de erro das placas de desempenar.

6

Figura 6.5: Régua de desempeno.Figura 6.5: Régua de desempeno.

No caso da régua apoiar-se em dois pontos, a deflexão mínima ocorre quandoestes pontos de apoio estão afastados dos extremos de um valor igual a 0,22315. L( onde L é o comprimento da régua ) segundo figura 6.9. A flexão pelo peso próprio, querepresenta um erro adicional, não precisa ser levada em consideração com este tipo deapoio. Para trabalhos criteriosos, no entanto, deve-se considerar a flexão sempre que se éforçado a escolher outro tipo de apoio como, por exemplo, nos extremos da régua.

Figura 6.6: Método dos três cantos para determinação da retilineidade.Figura 6.6: Método dos três cantos para determinação da retilineidade.

A verificação da planeza das superfícies de medição pode ser feita de maneirasemelhante à da figura 6.3, usando-se um plano ou uma régua de elevada qualidade,cujos erros da planeza são conhecidos. Quando não se dispões de tal recurso, pode-seresolver o problema pelo método chamado de " Medição de três cantos ", figura 6.6. Arégua R a ser calibrada ( figura 6.6.a) é colocada sobre dois apoios de mesma altura Snum plano P ( ou régua ) de referência, cujos erros de planeza são tambémdesconhecidos. Em vários pontos 1,2, ..., distribuídos ao longo do comprimento L podemser obtidas as medidas MAC, como mostra esquematicamente e em escala aumentada a

7

figura 6.6.b. As superfícies A e C da régua a calibrar e a de referência possuem erros deplaneza ( desconhecidos ) a e c, respectivamente. Para cada um dos pontos 1,2, ...., tem-se pois a equação:

MAC + 1AC = S, sendo 1AC = a + c.

Coloca-se em seguida a régua a ser verificada sobre os mesmos apoios, porémcom a superfície B virada para baixo, para o lado da placa P ( figura 6.6.c ). Nosmesmos pontos 1,2, ..., são medidos os valores MBC, e tem-se:

MBC + 1BC = S sendo 1BC = b + c

onde b e c são os erros de planeza ( desconhecidos ) das superfícies B e C,respectivamente.

Finalmente, mede-se a largura da régua R dos locais dos pontos 1, 2....,obtendo-se as medidas MAB ( figura 6.6.d ). Como mostra a figura 6.6.e, tem-se:

MAB - 1AB = d onde 1AB = a + b

onde d é a largura da régua R nos pontos de apoio ( escolhidos de modo que ambosforneçam obrigatoriamente o mesmo "d" ).

Do modo descrito obtém-se, para cada um dos pontos 1,2, .... três equações comtrês incógnitas ( erros de planeza a, b, c das superfícies A, B, C, respectivamente ) quepodem ser a partir daí determinadas.

Deve-se ressaltar que o resultado para cada um dos pontos pode ter bastanteerro, já que se torna necessário levar em consideração os erros possíveis de cada umadas etapas acima descritas. Se as medições de MAC têm as dispersões DMAC = ± 2 µm,DMBC = ± 2 µm e DMAB = ± 3 µm, respectivamente, a incerteza do resultado final é

( ) ( ) ( ) mDMDMDMDM ABBCAC µ417222 ±==++±=

A retilineidade ( neste caso igual a planeza) de uma régua pode ser estabelecida,também, com nível de bolha, um autocolimador, ou ainda, por intermédio de um laser dealinhamento.

6.4 ESQUADROS6.4 ESQUADROS

Esquadros possuem ângulos retos que são utilizados na medição ou traçagem deplanos e/ou retas perpendiculares.

As formas mais comuns estão mostradas na figura 6.7. Outras formas de

8

esquadros estão mostradas na figura 6.8.a ( esquadro de coluna ) e 6.8.b ( esquadro decoluna cilíndrica ).

Figura 6.7: Esquadros.Figura 6.7: Esquadros.

Os erros admissíveis dos esquadros comuns são normalizados pela DIN 875. Oserros permitidos no perpendicularismo da superfície de medição dos esquadros, segundoa norma citada, podem ser vistos na tabela apresentada a seguir e na figura 6.7.

ERROS ADMISSÍVEIS DE ESQUADROS ( DIN 875 )ERROS ADMISSÍVEIS DE ESQUADROS ( DIN 875 )

Grau dePrecisão

Erro de Perpendicularidade em(mm), sendo L em (mm)

00 ± ( 0,002 + L /100.000 ) 0 ± ( 0,005 + L /50.000 ) 1 ± ( 0,010 + L /20.000 ) 2 ± ( 0,020 + L /10.000 )

O conceito " erro de perpendicularidade " está esclarecido na figura 6.9: é oafastamento d da aresta do esquadro, a partir de uma linha vertical V ideal, medido naaltura L, sendo o sinal positivo (+) quando o ângulo verdadeiro do esquadro for maior doque 90° , e negativo (-) no caso oposto. Assim, o erro de perpendicularidade é dado emmicrometros por determinado comprimento L, e é válido para a superfície de medição (mna figura 6.9). Para os lados a e b, os erros permitidos de perpendicularidade são o triplodo valor permitido para a superfície de medição que consta na tabela.

9

Figura 6.8: Figura 6.8: Esquadros de colunaEsquadros de coluna ..

Figura 6.9: Erro de perpendicularismo em eFigura 6.9: Erro de perpendicularismo em esquadrossquadros..

A verificação da perpendicularidade é conduzida com auxílio de um esquadro dereferência de tamanho adequado, cujos erros de perpendicularidade são conhecidos, ede blocos-padrão, precedendo-se da maneira descrita a seguir (figura 6.10.a).

10

Figura 6.10: Verificação do perpendicularismo.Figura 6.10: Verificação do perpendicularismo.

O esquadro E1 a ser verificado e o esquadro E2 apoiam-se sobre um desempenocom um bloco padrão de comprimento e1 conhecido, entre os mesmos. Em certa altura Lmede-se por intermédio de uma composição de blocos padrão, a distância verdadeira e2entre as superfícies de medição m1 e m2 dos esquadros E1 e E2, respectivamente. Senão houver erro de perpendicularidade, e1 = e2. Se houver erros, tem-se:

e2 = e1 + a +b

onde a ( desconhecido ), b ( conhecido ) são os erros de perpendicularidade dosesquadros E1, E2, respectivamente. Torna-se, pois, fácil calcular o desvio a:

a = e2 – e1 –b

Se, por outro lado, os erros de perpendicularidade do esquadro de referência não foremconhecidos, torna-se necessário complementar a medição descrita anteriormente pormais uma representada na figura 6.10.b. O esquadro E1 a ser verificado, é colocadolado a lado com o de referência E2 e, usando o bloco padrão e3 de comprimentoconhecido mais a régua de fio F medem-se, por intermédio de uma composição deblocos-padrão e4, a diferença dos erros reais de perpendicularidade na altura L. Trêscasos são possíveis:

a) Sabemos que o esquadro de referência tem incerteza de medição menor ouigual a um décimo da n certeza de medição do esquadro a calibrar( IMpadrão ≤ IMcalibrar /10 ) e por isso supusemos que os erros de perpendicularidade domesmo podem ser desprezados. Neste caso, obtém-se diretamente na medição, deacordo com a figura 6.10.a, o erro de perpendicularidade procurado que se verifica

11

através da medição de acordo com a figura 6.10.b.

b) Os erros de perpendicularidade do esquadro de referência E2 são menores do queaqueles do esquadro E1. O erro de perpendicularidade a, na altura L, neste caso é:

2)()( 3412 eeee

a−+−

=

obtendo-se a diferença e2 – e1 =a + b da medição segundo a figura 6.10.a e adiferença e4 – e3 =a - b da medição de acordo com a figura 6.10.b. Ao eliminar b ( oradesconhecido ) das duas equações, obtém-se a fórmula acima citada.

c) Os erros de perpendicularidade do esquadro E2 de referência, são maiores do que odo esquadro E1 a ser verificado. O erro procurado neste caso é

2)()( 3412 eeee

a−−−

=

NOTA:NOTA: O uso de blocos padrão e1 e e3, nas medições, de acordo com as figuras 6.10.ae 6.10.b, respectivamente, deve-se a motivos práticos. Se encostarmos os esquadros e arégua de fio diretamente seria difícil medir a fresta estreita surgida, já que os erros são,comumente pequenos.

NORMAS:NORMAS: DIN 875/81 Stahlwinkel 90º NBR 9972/87 Esquadros 90º

1

Capí tulo 7Capí tu lo 7

CALIBRADORESCALIBRADORES

7.1 INTRODUÇÃO7.1 INTRODUÇÃO

Calibradores são padrões geométricos corporificados largamente empregadas naindústria metal-mecânica. Na fabricação de peças sujeitas a ajuste, as respectivasdimensões têm tolerâncias de fabricação fixadas pelo projeto. Para se efetuar aqualificação destas peças de forma rápida utilizam-se os calibradores do tipopassa/não-passa.

Dada a sua grande simplicidade e seu preço relativamente reduzido, oscalibradores constituem uma solução econômica para uma série de problemas demedição na indústria, como verificação de furos, eixos, roscas, etc., quanto a seuenquadramento ou não na faixa de tolerância.

Com a introdução da automatização, os calibradores no entanto, vão perdendo asua importância dentro do processo de fabricação.

7.2 CARACTERÍST ICAS DE FABRICAÇÃO7.2 CARACTERÍST ICAS DE FABRICAÇÃO

Os calibradores são fabricados de tal forma a possuírem as dimensões máximas emínimas de uma determinada geometria, como furos, roscas, comprimentos, etc.

A fabricação de calibradores exige uma técnica apurada visto que suas tolerânciasnão devem exceder de um quinto a um décimo das tolerâncias da dimensão a verificar.Calibradores de roscas, por exemplo, apresentam tolerâncias de fabricação que partemda ordem de ± 4 µm. Para realizar a calibração destes padrões é necessário, portanto ,padrões com baixa incerteza de medição.

A resistência à abrasão dos calibradores é um requisito importante devido ao seuconstante contato com as peças. Os calibradores são fabricados com aço endurecidopor cementação, ou revestido de cromo duro, carboneto de tungstênio, etc.

7.3 T IPOS E APL ICAÇÕES7.3 T IPOS E APL ICAÇÕES

Existem basicamente dois grupos de calibradores: fixos e ajustáveis ( figura 7.1 ).Os primeiros são exclusivamente empregados para a verificação de apenas umadeterminada dimensão, o que implica em dispor-se de um número elevado decalibradores para atender às diversas medidas nominais com suas respectivas tolerânciasde fabricação. Os calibradores tipo tampão e anel se enquadram neste grupo.

2

Para minimizar custos e tempo no controle, surgiram os calibradores ajustáveis quepermitem a verificação de uma faixa de dimensões ( figura 7.1.b ).

F igu ra 7 .1 : Ca l i b rado re s f i xo s e a j u s t á ve i s .F i gu ra 7 .1 : Ca l i b rado re s f i xo s e a j u s t á ve i s .

7.4 CAL IBRADORES F IXOS7.4 CAL IBRADORES F IXOS

7 .4 .1 Ca l i b rado re s Tampões7 .4 .1 Ca l i b rado re s Tampões

Os calibradores tampões são utilizados para a verificação da dimensão de furos.Eles apresentam dois lados: um Passa e outro Não-Passa ( figura 7.2 ).

F igu ra 7 .2 : Ca l i b rado re s t ampões .F i gu ra 7 .2 : Ca l i b rado re s t ampões .

Calibradores passa-não-passa são constituídos obedecendo o princípio de Taylor( Figura 7.9 ) . Este princípio diz: no lado bom deve-se ensaiar o "casamento". Assim,por exemplo, o lado " bom " do calibrador para furos tem a forma de um eixo e tem deencaixar no furo. Com o lado " ruim " do calibrador deve-se testar se em nenhumaposição a dimensão especificada é ultrapassada. Para o calibrador de furos o lado "

3

refugo " possui duas superfícies de contato pontuais. O calibrador não deve em nenhumaposição encaixar no furo.

Para os calibradores existe um sistema de tolerância especial ( Figura 7.10 ).

Como pode ser observado, as tolerâncias de fabricação são bastante mais estreitase deve-se prever o próprio desgaste no lado passa. Maiores detalhes podem serobservados nas normas DIN 7162 A 7164, por exemplo.

F i gu r a 7 .3 : Ca l i b r ado r de a l t u r a d i g i t a l .F i gu r a 7 . 3 : Ca l i b r ado r de a l t u r a d i g i t a l .

7 .4 .2 Ca l i b rado re s Anu la re s7 .4 .2 Ca l i b rado re s Anu la re s

Os calibradores anulares são utilizados para a verificação de diâmetros externos,como eixos. Na figura 7.11 apresentam-se os diferentes tipos de calibração anulares.

7 .4 .3 Ca l i b rado re s de Boca e Ca l i b rado re s P l anos7 .4 .3 Ca l i b rado re s de Boca e Ca l i b rado re s P l anos

Estes calibradores ( figura 7.12 ), que frequentemente substituem os anulares etampões, somente ficam em contato com a peça a medir numa pequena região,ocorrendo contato localizado ou mesmo em duas linhas opostas ( contato linear ).

4

F i gu ra 7 .4 : Ca l i b r ado r de p ro f und i dade .F i gu ra 7 .4 : Ca l i b r ado r de p ro f und i dade .

F i gu ra 7 .5 : Ca l i b rado re s f i xo s : pen te de ro s ca mé t r i ca .F i gu ra 7 .5 : Ca l i b rado re s f i xo s : pen te de ro s ca mé t r i ca .

5

F i gu ra 7 .6 : Ca l i b r ado re s de f o l ga .F i gu ra 7 .6 : Ca l i b r ado re s de f o l ga .

F i gu ra 7 .7 : Ca l i b rado re s f i xo s : f i e i r a s .F i gu ra 7 .7 : Ca l i b rado re s f i xo s : f i e i r a s .

6

F igu ra 7 .8 : Ca l i b rado re s pa ra f u ro s e r a sgos .F i gu ra 7 .8 : Ca l i b rado re s pa ra f u ro s e r a sgos .

F i gu ra 7 .9 : Ca l i b r ado re s ( P r i n c í p i o de Tay l o r ) .F i gu ra 7 .9 : Ca l i b r ado re s ( P r i n c í p i o de Tay l o r ) .

O calibrador de boca tem superfícies de contato planas e paralelas que permitemcontrolar peças cilíndricas e prismas com faces paralelas ( figura 7.12.a ). Na figura7.1.b é mostrado um calibrador de boca ajustável.

O calibrador plano tem superfícies de contato cilíndricas que permitem, como otampão, verificar um furo ( figura 7.12. b ).

7

F i gu ra 7 .10 : To l e r ânc i a pa ra ca l i b r ado re sF i gu ra 7 .10 : To l e r ânc i a pa ra ca l i b r ado re sD IN 7162 a D IN 7164 .D IN 7162 a D IN 7164 .

F i gu ra 7 .11 : Ca l i b rado re s anu la re s .F i gu ra 7 .11 : Ca l i b rado re s anu la re s .

7 .4 .4 Ca l i b rado re s t i po Has t e7 .4 .4 Ca l i b rado re s t i po Has t e

Tem as superfícies de medição em forma esférica ou plana ( figura 7.13 ). Sãoutilizados para verificação de furos, em geral acima de 100 mm, ou distâncias entresuperfícies paralelas, por exemplo na calibração ou ajustes de micrômetros.

Para verificação de furos são fabricados aos pares: um com a dimensão máxima eoutro com a mínima da peça. Devem ocupar na peça uma posição que definegeometricamente o elemento a controlar. Assim o calibrador haste para furos deve sersituado numa posição perpendicular a duas geratrizes opostas, a fim de confundir-secom um diâmetro.

8

F i gu ra 7 .12 : Ca l i b r ado re s de boca e ca l i b r ado re s p l anos .F i gu ra 7 .12 : Ca l i b r ado re s de boca e ca l i b r ado re s p l anos .

F i gu ra 7 .13 : Ca l i b rado re s t i po ha s t e .F i gu ra 7 .13 : Ca l i b rado re s t i po ha s t e .

7.4 .5 Ca l i b rado re s de Roscas C i l í nd r i ca s7 .4 .5 Ca l i b rado re s de Roscas C i l í nd r i ca s

Na figura 7.2 e é mostrado um calibrador tampão de rosca cilíndrica. Éantieconômico medir todos os parâmetros de uma rosca no controle de peças. Em vezdisso, recorre-se ao emprego de calibradores de roscas que proporcionam umaverificação simultânea de todos os parâmetros da rosca.

O lado passa tem uma rosca com o perfil completo e deve ser enroscadofacilmente. O lado não passa é mais curto e possui de 2 a 3 filetes cujos flancos estão

9

rebaixados na parte dos diâmetros externos e do núcleo. O mesmo não deve poder serroscado.

O diâmetro liso, do lado não passa do calibrador, serve para verificar o diâmetrodo núcleo da rosca interna. Na figura 7.11.a é mostrado um calibrador cilíndricoanular.

As tolerâncias de fabricação de calibradores de rosca cilíndricos são dadas pelasnormas ABNT NBR 8225, DIN 13, DIN 259, ISO 228/I, ANSI B1.1 , entre outras.

7.4 .6 Ca l ib rado re s de Roscas Côn i cas7 .4 .6 Ca l ib rado re s de Roscas Côn i cas

Estes tipos de calibradores seguem as formas e dimensões padronizadas pornormas como BS 21 e USAS B2.1. São utilizados para verificar roscas a serem abertasem tubos, registros, bujões, válvulas e conexões, abrangendo as roscas destinadas aformar juntas estanques:

- rosca externa cônica- rosca interna cônica- rosca interna cilíndrica

Existem 2 sistemas de calibradores e considera-se que, em condições apropriadas,a calibração por qualquer dos dois sistemas recomendados, acompanhada por inspeçãovisual, será suficiente para garantir produtos satisfatórios, com os quais se farão juntasperfeitas.

O sistema "A" é indicado para uso onde métodos de controle de produção sãoempregados para garantir a elevada qualidade da rosca, enquanto o sistema " B " éindicado para uso onde um controle adequado da produção não foi estabelecido.

a) Sistema A

Compreende os seguintes tipos de calibradores:

- Calibrador tampão cônico com rosca completa

Este calibrador tem um entalhe no plano de calibração e o comprimento da roscado entalhe no plano de calibração até a extremidade menor do tampão, é igualao comprimento básico de calibração ( figura 7.14.b).

- Calibrador anular com rosca cônica

Este calibrador tem um comprimento de rosca igual ao comprimento básico decalibração, e os diâmetros na extremidade maior são iguais aos diâmetros básicosno plano de calibração ( figura 7.14.a ).

10

F igu ra 7 .14 : Ca l i b ração de ro s cas côn i ca s : s i s t ema A .F igu ra 7 .14 : Ca l i b ração de ro s cas côn i ca s : s i s t ema A .

b) Sistema B

Compreende os seguintes calibradores:

- Calibrador tampão cônico com rosca completa

Tem um comprimento total de rosca igual ao comprimento da rosca útil paracomprimento máximo de calibração e possui um entalhe igual à tolerância total naposição do plano de calibração.

A face superior do entalhe é marcada positiva (+) e a face inferior, é marcadanegativa (-) ( figura 7.15.b ), devendo o limite da rosca situar-se entre estas facesquando aplicado o calibrador.

- Calibrador anular com rosca cônica completa

Este calibrador tem um comprimento total de rosca igual ao comprimento da roscaútil para comprimento máximo de calibração menos a metade do comprimentopara aperto com chave, e um entalhe igual à tolerância total do comprimento decalibração. A face superior do entalhe é marcada positiva (+) e a face inferior émarcada negativa (-) ( figura 7.15.a ).

11

F igu ra 7 .15 : Ca l i b ração de ro s ca s côn i ca s : s i s t ema B .F i gu ra 7 .15 : Ca l i b ração de ro s ca s côn i ca s : s i s t ema B .

7.5 QUAL IF ICAÇÃO DE CAL IBRADORES7.5 QUAL IF ICAÇÃO DE CAL IBRADORES

As condições em que é executado o controle de qualidade utilizando-secalibradores, traz consigo um desgaste relativamente rápido dos mesmos devido aoatritoexistente entre o calibrador e a peça a ser controlada. É por conseguinte importanteperiodicamente realizar a calibração dos calibradores, que consiste em determinar asdimensões efetivas dos mesmos para comparação com os valores normalizados.

Aos valores das dimensões nominais dos calibradores são também atribuídastolerâncias, de sorte que sempre teremos um dos casos:

- peças boas sendo refugadas- peças que deveriam ser refugadas e são consideradas boas.

Algumas normas sobre calibradores são relacionadas abaixo:

Tampões................................. DIN 2245Anéis...................................... DIN 2250De boca Progressivo.................. DIN 273De boca Passa......................... DIN 2232De boca Não Passa.................. DIN 2233De boca.................................. DIN 2234De boca.................................. DIN 2235De boca.................................. DIN 2238

12

De rosca cilíndrica.................... NBR 5876,6159,6160 e 6161,DIN13 e 159,ANSI B1.1De rosca cônica....................... NBR 8018, USAS 2.1, BS 2.1 DIN 2999

Elas apresentam as tolerâncias de fabricação e de desgaste para os diferentescalibradores.

1

Capítulo 8Capítulo 8

MÁQUINAS DE MEDIRMÁQUINAS DE MEDIR

8.1 INTRUDUÇÃO8.1 INTRUDUÇÃO

Máquina de medir é o nome corrente para sistemas de medição geométrico de porterazoável e que se assemelham às máquinas-ferramenta no que se refere à estrutura.

As máquinas de medir, na sua concepção tradicional, estão perdendo importância pelofato:

- de serem de aplicação dirigida, pois foram concebidas especialmente para medircertos grupos de peças;

- das máquinas de medir por coordenadas, totalmente universais em suas aplicações,assumirem com vantagens os trabalhos realizados pelas máquinas dedicadas;

- de representarem um elevado investimento financeiro.

A seguir apresentam-se alguns detalhes relativos a alguns tipos construtivos demáquinas de medir.

Figura 8.1: Máquina de medir comprimentos (segundo Abbé).Figura 8.1: Máquina de medir comprimentos (segundo Abbé).

8.2 MÁQUINA ABBÉ8.2 MÁQUINA ABBÉ

Assim denominada pelo fato de atender plenamente o princípio operacionalformulado por Ernst Abbé, isto é, a escala que constitui o padrão de comprimento estáalinhada à dimensão a controlar no objeto a medir (figura 8.1). Desta forma as causasde erros ficam restritas à medição na escala, influências térmicas e da força demedição. As máquinas tradicionais utilizam escalas ópticas graduadas, enquanto que asmais modernas servem-se de escalas eletro-ópticas, o que favorece a automatização da

2

medição (figura 8.2). A incerteza de medição para comprimentos é da ordem de±(0,5+L/1000 ) µm.

Estas máquinas encontram grande aplicações nos laboratórios de metrolologia, emtrabalhos como calibração de calibradores e medição de peças em geral.

Figura 8.2: Automatização da medição em uma máquina Figura 8.2: Automatização da medição em uma máquina Abbé-digital.Abbé-digital.

8.3 MICROSCÓPIOS DE MEDIÇÃO8.3 MICROSCÓPIOS DE MEDIÇÃO

Assim denominado em função de utilizar um sistema óptico idêntico ao de ummicroscópio, para localizar ponto (aresta) de medição sobre a peça que está sendomedida.

Estes sistemas de medição destinam-se, principalmente para peças pequenas e dispõede medidores de deslocamentos linear e angular. Uma aplicação bastante rotineira paramicroscópio é a medição de ângulos de rosca de peças em geral, inclusive decalibradores de rosca. Para facilitar a interpretação da imagem e a medição por sobre amesma, os microscópios possuem junto à sua ocular uma máscara com os perfis derosca normalizados (figura 8.3).

Figura 8.3: Oculares para microscópios de medição.Figura 8.3: Oculares para microscópios de medição.

3

Os microscópios, assim como os projetores de perfil podem operar pelos métodos deprojeção episcópica e diascópica, conforme estejam a fonte de luz e imagem projetadado mesmo lado ou em lados opostos em relação à peça, respectivamente.

8.4 PROJETORES DE PERFIL8.4 PROJETORES DE PERFIL

O problema de medição de peças pequenas reside, muitas vezes, no acaso doinstrumento de medir até o ponto desejado. Uma forma de solucionar o problema émedir sobre ou com auxílio de uma imagem ampliada (figura 8.4). existem duas formas:

- medição na imagem ampliada- medição na peça, posicionada via imagem ampliada.

No segundo método, distorções da imagem não irão gerar erros.

Figura 8.4: Métodos básicos de medição com um projetor de perfis.Figura 8.4: Métodos básicos de medição com um projetor de perfis.

Os projetores de perfil podem operar com diferentes graus de ampliação da imagem(figura 8.5), sendo comumente adotados os fatores 10x, 20x e 50x. As principais fontesde erro nos projetores de perfil são: ampliação, posicionamento da mesa/feixe luminoso.Retilineidade e ortogonalidade dos movimentos.

8.5 MÁQUINAS DEDICADAS8.5 MÁQUINAS DEDICADAS

Para facilitar a medição de determinadas peças de geometria complexa, foramdesenvolvidas ao longo de muitos anos, algumas máquinas especiais, de forma que oprocesso de medição simplifica-se grandemente, evitando a realização de intensivos ecomplexos cálculos. Dentre estas máquinas destacam-se:

4

a) Máquina de medir cames

São máquinas previstas para medições em coordenadas polares, onde angulares sãoobtidas em um cabeçote divisor e a posição linear por um computador óptico oumecânico (figura 8.6). Além de cames, são adequadas ainda para a medição derodas dentadas e eixos ranhurados.

b) Máquina de medir engrenagens

Sua forma construtiva e princípios de medição permitem obter grandezas como: perfilda envolvente, inclinação da hélice, diâmetros, passo, espessura de dente,concentricidade, e outros. Atualmente, com a associação de comando numérico ecomputador, foi ampliada ainda mais o potencial destas máquinas.

Figura 8.5: Projetor de perfil (segundo Figura 8.5: Projetor de perfil (segundo Mitutoyo).Mitutoyo).

8.6 MESAS DIVISORAS8.6 MESAS DIVISORAS

Como medidor de ângulos, aplicando o método absoluto ou diferencial, pode-seutilizar com uma série de vantagens operacionais uma mesa divisora semelhante àutilizada em máquinas ferramentas, que no entanto, deverá apresentar melhorescaracterísticas de desempenho metrológico.

5

Figura 8.6: Máquina de medir cames.Figura 8.6: Máquina de medir cames.

1

Capítulo 9Capítulo 9

MÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADASMÁQUINAS DE MEDIR POR COORDENADAS

9.1 IMPORTÂNCIA9.1 IMPORTÂNCIA

Ao longo de alguns anos ocorreu intensivo desenvolvimento tecnológico nosprocessos de usinagem das peças, destacando-se o surgimento dos centros de usinagemcom comando numérico. Paralelamente, refinaram-se as exigências quanto àconformidade geométrica dos componentes de sistemas mecânicos resultando emespecificações mais severas de projeto, de modo a garantir um elevado desempenhofuncional dos mesmos. Pelo não desenvolvimento da tecnologia de medição no mesmoritmo, criou-se uma defasagem tecnológica a tal ponto, que o controle de certas peçastornava-se extremamente difícil e economicamente inviável.

A aplicação racional da tecnologia de medição por coordenadas tornou-se viávelcom o desenvolvimento dos computadores que passaram a ter:

- enormes potencialidades matemáticas;

- flexibilidade de comunicação e conexão com um processo;

- resistência a ambientes industriais;

- pequeno porte e baixo custo.

Através de uma máquina de medir por coordenadas (figura 9.1) determina-se, deforma universal, com um mínimo de dispositivos e instrumentos específicos, ascoordenadas de certos pontos sobre a peças a controlar. Tais pontos convenientementeprocessados pelo computador associado, resultam os parâmetros geométricos da peça.

O desenvolvimento das máquinas de medir por coordenadas (MMC) foifavorecido ainda pela evolução dos sistemas de medição de deslocamento eletrônicos,que permitem elevar a sua qualidade e viabilizaram a sua integração com sistemasautomatizados de fabricação. As MMC's têm em comum com tais sistemas a característicade grande flexibilidade.

9.2 MEDIÇÃO POR COORDENADAS9.2 MEDIÇÃO POR COORDENADAS

Com base nos sistemas de medição de deslocamento das máquinas de medir porcoordenadas, é possível conhecer a posição que um elemento localizador ocupa dentrodo espaço de trabalho da máquina (figura 9.2). Este localizador, operando por princípioseletro-mecânico e articulado, é chamado de apalpador. Esclarecendo de modo grosseiro,

2

ele relaciona o ponto de contato do seu sensor com a peça a um ponto de referênciaconhecido dentro do sistema coordenado.

Figura 9.1: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).Figura 9.1: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).

A determinação das coordenadas dos pontos sobre a peça serve de basepara a determinação dos parâmetros de elementos geométricos (dimensão, forma eposição) como por exemplo a distância entre superfícies, o diâmetro e a posição de umcírculo, e outros.

Para determinar o comprimento de um bloco prismático, é suficiente conhecer ascoordenadas dos pontos sobre as faces extremas. O cálculo do comprimento é bastantesimples se o bloco estiver posicionado paralelamente a um dos eixos coordenados,tornando-se mais trabalhosa a obtenção do resultado caso a posição do bloco sejaaleatória no espaço. Para determinar o diâmetro de um círculo, basta conhecer ascoordenadas de três pontos deste círculo. A operação de cálculo relativa a uma posiçãoespacial qualquer é bem mais complexa do que aquela para o círculo contido em planoparalelo a um dos planos definidos por dois eixos coordenado. Nos dois casos, umasolução rápida, precisa e confiável só é possível com o emprego de um computador/calculadora para efetuar o processamento.

A figura 9.3 mostra recursos básicos de processamento geométrico usualmenteencontrados em sistemas computadorizados. Esta figura mostra também que os cálculos,em geral, não se baseiam exatamente nos pontos de contato do sensor com a peça, massim nas posições dos centros do sensor após o contato, e na compensação do seu raioconforme condições específicas de cada tipo de elemento medido.

3

Figura 9.2: Medição de coordenadas: exemplo de medição.Figura 9.2: Medição de coordenadas: exemplo de medição.

Figura 9.3: Determinação de elementos geométricos por coordenada.Figura 9.3: Determinação de elementos geométricos por coordenada.

4

Figura 9.4: Formas construtivas de máquinas de medir por coordenada.Figura 9.4: Formas construtivas de máquinas de medir por coordenada.

9.3 CONFIGURAÇÕES MECÂNICAS9.3 CONFIGURAÇÕES MECÂNICAS

Os cálculos de comprimentos, distâncias entre eixos, diâmetros, ângulos, desviosde planicidade e todos os outros parâmetros geométricos, são feitos a partir dascoordenadas de pontos medidos em relação a um sistema coordenado definido pelamáquina de medir. Para constituir uma máquina universal de medir, é suficiente capacitá-la a operarem três coordenadas lineares ortogonais. No entanto, a eficiência éaumentada significativamente, se houver à disposição o recurso do movimento angularem um dos planos coordenados, especialmente tratando-se de peças simétricas derotação, como engrenagens, discos de cames, etc. (figura 9.2). A figura 9.4 mostraalgumas formas construtivas de máquinas de medir. A forma construtiva esta muitorelacionada com o volume de medição, com a área de acesso para a peça, com aincerteza de medição e algumas vezes com a própria tecnologia acumulada por umcerto fabricante. Os fabricantes em geral equipam suas máquinas com mancais pneumáticos, emborasejam encontradas algumas máquinas guarnecidas com guias de roletes ou esferasrecirculantes. Os mancais pneumáticos permitem um movimento com mínimo de atrito,favorecendo alcançar elevado nível de precisão para a MMC. Quanto aos medidores dedeslocamento (posição), tem-se o uso generalizado de escalas eletro-ópticasincrementais, operando com resoluções de 0,1 a 2 µm.

9.4 APALPADORES9.4 APALPADORES

O localizador também é de vital importância na determinação das coordenadasdos pontos, podendo operar com ou sem contato com a peça a medir (figura 9.5). Ossem contato são posicionados manualmente e identificam o ponto com base num sistemaóptico de projetor de perfil ou microscópio com cruz reticulada, não sendo próprios paraaplicações universais e automatizadas (figura 9.5b). Tais sistemas ópticos têm sidosubstituídos por câmeras digitais e processamento computadorizado de imagens.

5

Figura 9.5: Figura 9.5: Localizadores.Localizadores.

Figura 9.6: Figura 9.6: Apalpadores laser para máquinas de medir por coordenadas.Apalpadores laser para máquinas de medir por coordenadas.

A figura 9.6 mostra localizadores ópticos mais modernos, baseados em um feixelaser e método de medição por triangulação.

Associados a dispositivos articulados de posicionamento, estes localizadorespermitem medir, sem contato, superfícies com forma irregular.

Os localizadores com contato podem ser rígidos, apresentando diferentesconfigurações do sensor (figura 9.5a), em função da característica do ponto a ser

6

localizado na peça, ou pode ser articulado (figura 9.5c), sendo a localização do ponto demedida relacionada à geração de um sinal elétrico.

Figura 9.7: Configurações mecânicas de Figura 9.7: Configurações mecânicas de apalpadores.apalpadores.

Há dois tipos básicos de apalpadores:

- Apalpador medidor - fornece um sinal proporcional ao deslocamento do sensorapós o contato com a peça (figura 9.7); este sinal pode ser usado para o controle deposicionamento (figura 9.8), para o disparo da leitura ou para obter o valor dodeslocamento,que adicionado aos valores medidos nas escalas, resulta nas coordenadas do ponto demedição.

- Apalpador comutador - fornece um sinal de comutação ( liga/desliga ) após umdeslocamento pré-definido do sensor (figura 9.9).Através de uma calibração inicial do apalpador, com determinado sensor, determina-se odiâmetro virtual da esfera, que considera o raio e a deflexão para emissão do sinal. Ascoordenadas e os parâmetros geométricos do elemento medido são corrigidas comaquele raio.

7

Figura 9.8: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).Figura 9.8: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).

Figura 9.9: Figura 9.9: Apalpadores 3D-Comutador (erros do ponto de referência).Apalpadores 3D-Comutador (erros do ponto de referência).

Os métodos para obtenção das coordenadas de um ponto no instante de medição são osseguintes:

8

- Método diferencial, que consiste na associação dos valores indicados por umapalpador medidor com os valores coordenados das escalas da máquina após o contatocom a peça;

- Método absoluto, onde as coordenadas da máquina são adquiridas no instante daemissão do sinal de comutação de um apalpador comutador ou em uma condição pré-definida de deflexão de um apalpador medidor.

Observa-se que as medições feitas pelo método diferencial são estáticas, ao passoque com o método absoluto elas são dinâmicas.

As máquinas de melhor qualidade operam com o apalpador medidor, sendoadequadas a trabalhos em laboratórios. De outro modo, aquelas que operam com oapalpador comutador são mais rápidas e se adequam ao controle geométrico commenores requisitos de precisão, como no controle de qualidade próximo à produção.

9.5 ERROS DE MEDIÇÃO9.5 ERROS DE MEDIÇÃO

A qualidade dos resultados de uma MMC é função, em primeiro plano, dos errosde medição das coordenadas. Portanto, para alcançar bons resultados deve-se garantirque a máquina tenha movimentos relativos geometricamente bem definidos, commínimos erros de retilineidade, ortogonalidade, planicidade, etc (mínima distorção dosistema coordenado em relação ao ideal). Isto implica em uma estrutura bastante rígida,de precisão e estável. As fontes de erro em uma máquina de medir coordenadas sãomuitas e estão indicadas no quadro na figura 9.10.

O elemento mais crítico do sistema é o localizador, no caso, o apalpador. Segue-se a estrutura da máquina de medir, que estabelece os movimentos, afetando-os de erros,isto é, com desvios de retilineidade, ortogonalidade, posicionamento, etc.

Diversos ensaios são necessários para avaliar a incerteza de medição da MMC,destacando-se aqueles que verificam os erros dos movimentos no espaço e que verificamo comportamento metrológico do apalpador.

A normalização destes ensaios ainda é objeto de intensos estudos nos paísesdesenvolvidos. Entre normas e recomendações disponíveis, cita-se:

- ISO 10.360 - Coordinate Metrology - Part 2: Performance Assessment of CoordinateMeasuring Machines (CMMês), 1993

- VDI/VDE 2617 - Accuracy of Coordinate Measuring Machines, Characteristicsand their Checking - April, 1986:

. Part 1 - Generalities

. Part 2 -Uncertainty of measurement specific to the measuring task; lengthmeasurement uncertainty

9

. Part 3 - Components of measurement diviation

. Batt 5 - Ueberwachung von Koordinatenmessgeraeten duch Pruefkoerper.

- “CCMMA” Genauigkeitsspezifikation fuer Koordinaten Messgeraete - Divulgaçãoda CMMA - Coordinate Measuring Machine Manufacturers Association, 1982.

- ANSI/ASME B89.1.12M/1985 - Methods for Perfamance Evoluation ofCoordinate Measuring Machines;

Figura 9.10: Fontes de erros em uma máquina de medir coordenadas.Figura 9.10: Fontes de erros em uma máquina de medir coordenadas.

Ao final deste capítulo estão anexados alguns resultados de um ensaio geométricorealizado em um máquina de medir por coordenadas de porte médio.

Uma MMC destinada a serviços de laboratórios metrológicos, com um espaço detrabalho de 500 x 500 x 500 mm, com escalas eletro-ópticas operando com umaresolução de 0,1 µm apresenta uma incerteza de medição igual ± (0,5 + L/900) µm. Esteelevado desempenho metrológico é atingido sob condições climáticas controladas,compensação de erros sistemáticos por software e compensação da dilatação térmica dapeça e das escalas da máquina.

Outros modelos de MMC, destinados propriamente ao controle industrialapresentam incertezas de medição na faixa de ± 5 a ± 20 µm para comprimentos detrabalho da ordem de 1 m.

A compensação de erros sistemáticos é realizada pelo computador, a partir dosresultados de ensaios geométricos realizados pelo fabricante. Um algoritmo próprio

10

simula a associação de todas as componentes de erros, determinando o erro que amáquina comete em cada ponto.

9.6 NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO9.6 NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO

Figura 9.11: Máquina de medir coordenadas não automatizada.Figura 9.11: Máquina de medir coordenadas não automatizada.

Algumas configurações de máquinas de medir por coordenadas são apresentadasa seguir conforme o seu nível de automatização.

a) MMC com acionamento manual. Correspondem às máquinas mais simples commovimentação manual, leitura e cálculos realizados pelo próprio operador (figura 9.11).Atualmente é uma configuração apenas didática, pois na prática não se pode maisadmitir uma MMC sem computador.

b) MMC com acionamento manual e com computador. A associação do computadorpermite realizar trabalhos de medição complexos, com rapidez e confiabilidade. O usoda impressora permite a documentação dos resultados, com os pontos determinados,características de elementos geométricos, parecer quanto a testes de tolerâncias, etc.(figura 16.1).

c) MMC com Comando Numérico (CNC) e computador (figura 9.8). Com estesistema dispõe-se da capacidade de programar a medição de uma peça, que desenrolar-se automaticamente. O programa é armazenado no computador, que transfere oscomandos específicos ao CNC.

11

A figura 9.12 mostra o resultado apresentado na medição dos flancos dos dentes deuma engrenagem, de modo totalmente automático. Como resultado obtém-se um gráficocom a representação dos erros dos flancos em relação à geométrica ideal pré-definida.O programa de medição de uma peça pode ser gerado por um computador de maiorporte, dotado de um software que elabora a estratégia de medição a partir da geometrianominal da peça. Mais usual entretanto é a técnica de programação por aprendizado. Amedição da primeira peça(ou padrão) é realizada semi-automaticamente por um operador especializado que defineos pontos de medição, estabelece a seqüência de medição, o percurso do apalpador einforma os valores nominais da geometria e a respectiva tolerância. Nesta primeira fase,o computador permanece no modo “aprendizado”, onde vai armazenandoseqüencialmente todas as informações de operação. Para as demais peças, ocomputador é colocado no modo “medição”, repete todo o ciclo, efetuando o controle,o processamento e a documentaçãopré-estabelecidos;

Figura 9.12: Exemplo de relatório gráfico resultante da medição de coordenadas.Figura 9.12: Exemplo de relatório gráfico resultante da medição de coordenadas.

d) MMC integrada a sistemas de fabricação. Uma MMC (figura 9.13) ou um centrode medição (figura 9.14), controlados por CNC, permite um controle geométrico depeças com grande velocidade e flexibilidade na alteração de programas de medição.dispõe-se de recursos como troca automática de sensores (figura 9.13) ou apalpadores(figura 9.14), bem como alimentação por palets ou robôs (figura 9.18).

12

Figura 9.13: Máquina de medir por coordenadas com proteção contra o ambiente e trocaFigura 9.13: Máquina de medir por coordenadas com proteção contra o ambiente e trocaautomática de sensores.automática de sensores.

Figura 9.14: Centro de medição com dois cabeçotes de medição e troca automática deFigura 9.14: Centro de medição com dois cabeçotes de medição e troca automática desensores.sensores.

13

Figura 9.15: Máquina de medir por coordenadas (1).Figura 9.15: Máquina de medir por coordenadas (1).

14

Figura 9.16: Software de controle manual com capacidades 3D.Figura 9.16: Software de controle manual com capacidades 3D.

9.7 ASPECTOS ECONÔMICOS9.7 ASPECTOS ECONÔMICOS

O custo de uma MMC ainda é bastante alto. Nos países desenvolvidos, onde amão de obra tem um custo muito elevado, a medição de uma peça com certo grau decomplexidade já é significativamente mais econômica com uma MMC do que aplicandoa instrumentação clássica. Na avaliação comparativa dos custos, devem ser consideradosaspectos como: custo do investimento, depreciação, custo da área de trabalho, facilidadepara preparação da medição (programas), tempo de medição, tempo de processamento,manutenção dos sistemas e assistência pós-venda, tamanho dos lotes, capacidade decomunicação com outros sistemas computacionais (troca de dados), etc.

15

Não são computados no estudo econômico as vantagens para o sistema produtivoadvindos de um tempo de controle bastante reduzido, especialmente, quando se trata deverificação de peças ponta de série, com a finalidade de checar a regulagem dasmáquinas. Outro aspecto favorável, difícil de traduzir financeiramente, é a possibilidadede solucionar problemas metrológicos de difícil solução com os recursos clássicos.

Figura 9.17: Máquina de medir por coordenadas (2).Figura 9.17: Máquina de medir por coordenadas (2).

Figura 9.18: Centro de medição com alimentação de peças por robô.Figura 9.18: Centro de medição com alimentação de peças por robô.

A implantação de um sistema de medição por coordenadas exige um estudotécnico-econômico aprofundado e uma adaptação conveniente do sistema de controle dequalidade (especificações em desenhos, por exemplo).

16

No intuito de racionalizar a produção e de garantir a qualidade dos produtos,existe a necessidade de se identificar os erros geométricos das peças o mais cedopossível, o que exige um alto grau de automatização e flexibilidade dos sistemas demedição e controle. A atuação do computador será gradativamente mais ampla,aumentando ainda mais a potencialidade da tecnologia de medição por coordenadas.

1

Capítulo 10Capítulo 10

AUTOMAÇÃO DO CONTROLE DIMENSIONALAUTOMAÇÃO DO CONTROLE DIMENSIONAL

10.1 INTRODUÇÃO10.1 INTRODUÇÃO

A utilização do computador na metrologia dimensional e/ou controle de qualidadegeométrica não é uma questão de racionalização de mão-de-obra e sim, em primeiroplano, a própria viabilização econômica e/ou técnica da medição.

Através do computador, seja ele dedicado (embutido no sistema de medição) ou de usogenérico (microcomputador) alcança-se:

- Redução dos erros de medição de forma a tornar o instrumento adequado (à tarefa decontrole geométrico;

- Rapidez, de forma que o processo tornar-se economicamente viável dentro do processoprodutivo;

- Solução de problemas complexos de aquisição e processamento dos dados,viabilizando tecnicamente a medição;

- Viabilização de manipulação de grande volume e em curto intervalo de tempo, deforma a produzir informações sobre o andamento (instantâneo) do processo produtivo;

- Simplificação da mecânica e da eletrônica tornando os sistemas de mediçãorelativamente mais baratos.

Figura 10.1: Figura 10.1: CQ-dimensional ; Medição diferencial.CQ-dimensional ; Medição diferencial.

2

A tendência que se observa no campo do controle de qualidade geométrico évisualizada na figura 10.1. A informação sobre a situação geométrica do componente-produto é buscada com o intuito de verificar se a peça está dentro ou fora dastolerâncias, isto é, se é boa ou não. O controle dimensional do produto acabado, comoúnica operação de controle na processo produtivo, pode ser altamente prejudicial emfunção de refugo de grandes lotes e de ser altamente sujeito a erros. Isto faz com queestações de controle sejam levadas junto ao processo de usinagem com o intuito deidentificar, mais cedo, o aparecimento de peças fora de comportamento dos meios deprodução e, através de realimentação, corrigir o processo de forma que não se efetive oaparecimento de dimensões fora de tolerâncias, isto é, produção com “refugo zero”.Exemplos são os sistemas automatizados de controle estatístico junto ao processo defabricação.

Na seqüência, é feita uma abordagem acerca das estações computadorizadas demedição e das técnicas de integração da medição nos processos de fabricação.

10.2 ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS DE MEDIÇÃO10.2 ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS DE MEDIÇÃO

As estações independentes e automatizadas com o uso do computador buscam um oumais objetivos citados no item primeiro. Destacam-se as que operam:

a) Pelo método diferencial

Com a utilização de um ou múltiplos transdutores elétricos de deslocamento (figura10.2) é possível realizar com grande rapidez o controle geométrico de diversosparâmetros, emitindo-se de forma imediata um laudo sobre o componente ou sobre olote de peças controlado.

Figura 10.2: Medição de deslocamento usada no controle dimensional de peças.Figura 10.2: Medição de deslocamento usada no controle dimensional de peças.

b) Pela técnica de medição por coordenadas

A máquina de medir por coordenadas (figura 10.3) é o sistema de medição maisuniversal existente. A sua viabilização prática deu-se em função do computador, queassume os complexos e extensivos cálculos da geometria a partir das coordenadas depontos sobre a superfície a caracterizar. Nas configurações mais modernas, além de

3

assegurar pequena incerteza de medição em um grande volume de trabalho, o operador“ensina” o sistema medindo um padrão e posteriormente a máquina realizaautomaticamente o completo controle dos demais componentes a controlar.

Figura 10.3: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).Figura 10.3: Máquina de medir coordenadas (tridimensional).

c) Aplicando recursos eletroópticos

Com o intuito de, entre outras razões evitar retroação sobre o objeto, de simplificar oueliminar dispositivos de medir durante uma operação de fabricação ou transporte,desenvolvem-se intensos trabalhos de pesquisa em sistemas de medição eletroópticos,utilizando laser, fotodetetores, câmaras de vídeo, etc.

Um exemplo de sistema de medição por varredura a laser é mostrado na figura 10.4.Este sistema é capaz de medir a dimensão de uma peça cerca de 250 vezes por segundoem uma faixa de operação de até 40 mm com incerteza de medição de ± 5 µm. Além deatender situações estáticas, onde a peça a medir está parada, este sistema é tambémadequado a medição em processos contínuos, como por exemplo a extrusão, onde oelemento fabricado pode passar pelo sistema de medição com velocidades de até 120km/h.

Este sistema possui recursos estatísticos para avaliar o valor médio, máximo, mínimo ea dispersão do lote de peças medindo (ou do trecho amostrado no caso de processoscontínuos). Outra característica interessante é o fato deste sistema comparar o valormedido com um valor de referência e enviar um sinal analógico proporcional a estadiferença que é muitas vezes usado para realimentar a máquina e corrigir os desvios doprocesso.

4

Figura 10.4: Micrômetro laser.Figura 10.4: Micrômetro laser.

10.3 CONTROLE DIMENSIONAL NO PROCESSO10.3 CONTROLE DIMENSIONAL NO PROCESSO

De acordo com a figura 10.5, pode-se classificar os modos de realização do controlede qualidade dimensional das peças em função da localização e atuação de mediçãorelativamente à unidade de fabricação. O objetivo dos sistemas será assegurar aqualidade dimensional e elevar o grau de utilização dos meios de produção (reduzircustos), sendo o segundo, por vezes, o resultado mais significativo do método.

Figura 10.5: Controle de qualidade dimensional ; localização das estações de medição.Figura 10.5: Controle de qualidade dimensional ; localização das estações de medição.

10.3.1 Controle próximo à Unidade de Fabricação10.3.1 Controle próximo à Unidade de Fabricação

Especialmente quando se trata da usinagem de peças complexas, o início da produçãode um lote só é liberado após a aprovação da peça piloto. O controle dimensionalcorrespondente é realizado, em geral, na sala de metrologia do setor. Este procedimento,

5

bastante demorado pode ser otimizado com um sistema como configurado na figura10.6. A máquina de medir por coordenadas seguir um programa de medição pré-estabelecido, e os resultados são levados máquina-ferramenta correspondente através darede de comunicação. Esta etapa antecipa significativamente o início da fabricação, elevaa segurança das informações e permite realimentar automaticamente o comandonumérico (CNC) com valores que otimizam a incerteza da fabricação. Esta técnica podeser estendida a outras amostras durante a produção do lote, sendo, neste caso, aoperação de medição efetuada em paralelo, mas com realimentação de informaçõespara o processo.

Como pode ser facilmente concluído, uma máquina de medir pode atender diversasunidades de fabricação.

Figura 10.6: Máquina de medir por coordenadas ; conexão ao sistema de controle doFigura 10.6: Máquina de medir por coordenadas ; conexão ao sistema de controle doprocesso.processo.

10.3.2 Controle junto à Unidade de Fabricação10.3.2 Controle junto à Unidade de Fabricação

A medição junto à máquina-ferramenta, com auxílio de instrumentos convencionais, éprática comum nos processos de fabricação não automatizados. Estes mesmosprocedimentos podem ser integrados a um controle do processo, quando se passa autilizar instrumentos modernos, isto é, com informação elétrica, que pode ser processadaautomaticamente e realimentar o processo (figura 10.7).

6

Figura 10.7: Instrumentos e dispositivos de medição ligados ao sistema de controle doFigura 10.7: Instrumentos e dispositivos de medição ligados ao sistema de controle doprocesso.processo.

Seja por um dispositivo de medição múltipla ou por instrumentos digitalizados queatendam uma, duas ou mais unidades de fabricação próximas, o controle dimensional detodas as peças produzidas, ou de amostras, permite manter o processo de fabricação emfaixas de tolerâncias bastante estreitas. Auxilia também na monitoração da unidade defabricação quanto à troca de ferramentas, identificação do estado de regime estabilizado,etc.

Pelo fato do controle ser pós-processo de usinagem, é importante que o sistema deanálise identifique a tendência em cada dimensão e proceda correções preventivas naunidade de fabricação, para que as dimensões das peças subsequentes sejamdevidamente posicionadas no campo de tolerância.

A operação de medição pode ser feita por operador ou por robô industrial,especialmente quando este equipamento já está presente para realizar a alimentação daunidade de fabricação.

Para peças mais complexas, produzidas dentro de uma “linha transfer” ou célula flexívelde fabricação, pode-se colocar junto à unidade de fabricação, máquinas de medição porcoordenadas, como mostrado na figura 10.8. Um processador especial faz ainterpretação das informações e comanda a realimentação do processo de usinagem.

10.3.3 Controle dentro da Unidade da Fabricação10.3.3 Controle dentro da Unidade da Fabricação

Compreende as medições que são realizadas enquanto a peça permanece acoplada àunidade de fabricação para a usinagem. Estas medições podem ocorrer de formaintermitente ou simultaneamente à operação de usinagem.

7

Figura 10.8: Medição por coordenadas ; integração a uma linha Figura 10.8: Medição por coordenadas ; integração a uma linha transfer.transfer.

a) Medição Intermitente à Usinagem

É realizada antes do início, durante pausas ou após concluída a operação de usinagemda peça, em determinada máquina. A medição de um ou mais parâmetros geométricospode ser realizada através de:

- Dispositivos de medição que são posicionados e acionados pela própria máquina,pelo operador ou por robô (figura 10.9). Neste caso a incerteza de medição é bastanteindependente do manipulador e o dispositivo é bastante específico para a grandeza/peçaa medir;

- Recursos da própria máquina-ferramenta. Destacam-se aqui os sistemas de mediçãopor coordenadas no processo (SMCP).

Neste segundo caso aproveita-se os recursos de movimentação programada dasmáquinas com comando numérico. No momento da medição acopla-se um apalpadoreletrônico no lugar de uma ferramenta de corte, como mostrado na figura 10.10.

Obedecendo a comandos específicos de posicionamento e medição, pode-sedeterminar as coordenadas espaciais de pontos sobre a peça, que processadasdevidamente permitem determinar os parâmetros geométricos reais da peça emfabricação. As diferenças para os valores desejados dão subsídios para geração decomandos de correção, que são levados ao comando numérico.

b) Medição Simultânea à Usinagem

Enquadram-se aqui os sistemas de realimentação direta, do tipo freqüentementeempregados na retificação de peças cilíndricas (figura 10.11). Apesar de ser o métodomais próximo do ideal, pelo fato de efetuar o controle contínuo da grandeza e de forma

8

simultânea ao processo de usinagem (sem tempos secundários), a sua realização práticatem-se mantido muito restrita em função de falta de sensores adequados, que possamoperar sem interferência das rudes condições de usinagem.

Figura 10.9: Dispositivos de medição ; manual – máquina - robô.Figura 10.9: Dispositivos de medição ; manual – máquina - robô.

Figura 10.10: Sistema de medição por coordenadas no processo.Figura 10.10: Sistema de medição por coordenadas no processo.

9

Figura 10.11: Medição simultânea ao processo de fabricação.Figura 10.11: Medição simultânea ao processo de fabricação.

10.4 INTEGRAÇÃO DA INFORMAÇÃO10.4 INTEGRAÇÃO DA INFORMAÇÃO

Os objetivos do controle da qualidade dimensional no processo só poderão seralcançados quando as informações geradas pela medição puderem ser interpretadascom rapidez e, de imediato, os resultados ou as eventuais ações saneadoras possam serlevadas aos meios de produção. Fica evidente a necessidade da comunicação desistemas de medição computadorizados, bem como a necessidade de comunicaçãodestes com as unidades de fabricação.

Efetivamente este desenvolvimento vem sendo observado de modo crescente, mas emgeral, com soluções particularizadas.

A necessidade de uma padronização na comunicação entre estações inteligentesinstaladas no meio industrial tem estimulado no transcorrer dos últimos anos váriostrabalhos de desenvolvimento e normalização.

Uma vez viabilizada esta comunicação entre estações de medição e unidades defabricação, bem como, com estações centrais de programação, monitoração edocumentação, o fluxo de informações passa a se estender a todos os outros problemasda produção, não se restringindo aos dados sobre o controle de qualidade.

Na figura 10.12 exemplifica-se a interligação de diversas estações de medição,mostrando-se inclusive aspectos relativos à automatização do controle estatístico noprocesso, cujas informações, além de garantirem e documentarem a qualidade dosprodutos em fabricação, reúnem informações relevantes sobre a capacitação do sistemaprodutivo.

10

Figura 10.12: Rede de comunicação local, interligando estações de medição (EM), comFigura 10.12: Rede de comunicação local, interligando estações de medição (EM), compossibilidade de controle estatístico do processo via estação e documentação.possibilidade de controle estatístico do processo via estação e documentação.

1

Capí tu lo 11Capí tu lo 11

MEDIÇÃO DE ROSCASMEDIÇÃO DE ROSCAS

11.1 GEOMETRIA DE ROSCAS11.1 GEOMETRIA DE ROSCAS

São 5 ( cinco ) os elementos principais que definem uma rosca cilíndrica ( veja afigura 11.1, letras minúsculas para o parafuso, maiúsculas para a porca ), ou seja:

- diâmetro externo d, D;- diâmetro do núcleo d1, D1;- diâmetro de flancos d2, D2;- passo h;- ângulo de flancos α, sendo os semi-ângulos de flancos α1 e α2.

Na figura 11.1a, encontram-se estes elementos desenhados num corte axial quepassa pelo eixo da rosca. Apenas neste plano aparecem os flancos da rosca como retas,sem distorção.

Para roscas cônicas, outro parâmetro importante é a conicidade da rosca. Oselementos de uma rosca métrica cônica podem ser identificados na figura 11.2.

Para a medição de roscas o diâmetro de flancos é de máxima importância. Édefinido como a distância ( medida perpendicularmente ao eixo da rosca ) dos doisflancos opostos, medida nos pontos A ( figura 11.1a ) que se encontram na linha central( na metade ) dos flancos de um perfil teórico completo ( pontiagudo, com profundidadet na figura 11.1.a).

Na figura 11.1a ficam esclarecidos também outros elementos adicionais da rosca:

- a profundidade t do perfil teórico ( definindo as grandezas t/2 em relação à linhacentral dos flancos );

- a profundidade t1 da rosca ( tanto para o parafuso como para a porca );- a profundidade t2 do assento, ou seja, da sobreposição dos flancos do parafuso e

porca;- os arrendondamentos do perfil.

Além dos elementos de rosca mencionados, usam-se ainda, as seguintes grandezascalculadas:

- as folgas, sendo:

a folga nas pontas do diâmetro externo a = (1/2) . (D - d)

a folga nas pontas do diâmetro do núcleo b = (1/2) . (D1 - d1)

a folga nos flancos s = (1/2) . (D2 - d2)

2

- o ângulo de avanço ∅, sendo tg ∅ = h/(d2)

ou, para os ângulos pequenos, quando a tangente fica substituída por ângulos emradianos.

∅ (graus) = 18,25 (h/d2)

Em construção de máquinas usam-se roscas de vários perfis: roscas métricas,roscas Whitworth, Edison, Laewenhertz, entre outras.

F igu ra 11 .1 : E l emen to s p r i n c i pa i s de uma ro sca .F i gu ra 11 .1 : E l emen to s p r i n c i pa i s de uma ro sca .

F igu ra 11 .2 : Rosca mé t r i ca e x t e rna côn i ca .F igu ra 11 .2 : Rosca mé t r i ca e x t e rna côn i ca .

Atualmente a rosca mais usada é a métrica, M, escalonada de acordo com odiâmetro externo d, D, chamado nesse contexto, diâmetro nominal da rosca ecaracterizada por este diâmetro junto com o valor do passo, qualidade de fabricação eposição da tolerância, conforme mostra a figura 11.3.

3

Para a rosca métrica o valor do ângulo de flanco é 60° ( sendo os semi-ângulos α1 = α2 = 30° ). Além disso a norma ABNT NB97, entre outras, prescrevequais diâmetros nominais devem ser usados preferencialmente, quais diâmetros sãocomplementares, de forma que a combinação do diâmetro nominal com certo valornumérico do passo deve ser considerado como normal, e quais combinações podem serusadas opcionalmente: as normas prescrevem também os valores numéricos de t, t1, t2,arredondamentos, etc.

Outros tipos de roscas têm as suas dimensões e outros elementos definidostambém pelas respectivas normas. Para calibradores de rosca métrica, a norma NBR-8225 especifica os valores nominais, tolerâncias de fabricação e tolerância de desgaste.

F igu ra 11 .3 : Des ignação de ro scas mé t r i ca s .F igu ra 11 .3 : Des ignação de ro scas mé t r i ca s .

11.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE ROSCAS11.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE ROSCAS

A medição de roscas é abordada tradicionalmente em medição de roscas externas( isto é, roscas tipo parafuso ), e medição de roscas internas ( tipo porca ).

Apesar de terem os métodos alguns procedimentos em comum, há bastantediferenças entre eles. Além disso, a medição de roscas internas é mais complexa e onúmero de métodos aplicáveis bastante reduzido.

11.2 .1 Comparação dos Mé todos Óp t i cos e Mecân i cos11 .2 .1 Comparação dos Mé todos Óp t i cos e Mecân i cos

Na medição de roscas externas, dispõe-se, basicamente, de dois grupos distintosde métodos: há métodos mecânicos de medição ( mais antigos ) e, recentemente,

4

métodos ópticos de medição de roscas, caracterizados pelo uso de um microscópio (com vários acessórios ).

Métodos Mecânicos de Medição de roscas estão sujeitos a certas limitações. Porexemplo a medição por meios mecânicos do ângulo do perfil não é aplicável, a não serpara grandes valores de passo e com uso de máquinas de medir especiais. Já amedição do diâmetro do núcleo exigiria o uso de apalpadores de medição especiais e oresultado ficaria fortemente influenciado pelo tipo de contato destes apalpadores nofundo do perfil e pela força de medição utilizada, de modo que a confiabilidade doresultado ficaria comprometida.

Deste modo, os métodos mecânicos de medição limitam-se à verificação dodiâmetro externo, do passo e, com grande importância, à verificação do diâmetro deflancos. Estas três medições serão abordadas mais adiante.

Métodos ópticos são caracterizados pelo uso de um microscópio. Todos osparâmetros de uma rosca externa, inclusive o ângulo do perfil e diâmetro do núcleo, sãomensuráveis sem problemas, já que o procedimento é direto: mede-se cada um dosparâmetros independentemente dos outros, evitando-se a influência mútua com osubsequente mascaramento dos resultados. Nas roscas internas é possível medir-seapenas os semi-ângulos de flanco, através da confecção de uma " amostra " do perfilreal do ângulo da rosca, feita de material com características de deformaçãovolumétrica muito pequena.

Todos os parâmetros da rosca externa são medidas na mesma máquina de medir( microscópio de medição ) durante uma única montagem. Os valores numéricos sãoobtidos sem cálculos intermediários complexos.

Comparando os métodos mecânicos e ópticos, pode-se tecer as seguintesobservações:

- a incerteza de medição ( erro máximo ) dos resultados obtidos com métodosmecânicos na maioria dos casos é menor do que aqueles obtidos com métodosópticos;

- os métodos ópticos são mais universais permitindo a medição de todos oselementos da rosca, sem exceção;

- genericamente, os métodos mecânicos apresentam certas vantagens na verificaçãoda produção em série. Nesta situação, são mais rápidos e os instrumentosconvencionais necessários mais baratos;

- com o surgimento das máquinas de medir por coordenadas, os métodosmecânicos passaram a ser mais utilizados para a medição de parâmetros comodiâmetro de flancos, passo e conicidade; o ângulo de flancos é um parâmetro queainda se obtém melhores resultados com os modernos microscópios de medição.

5

11.2 .2 Mé todos Mecân i cos de Med ição de Roscas11 .2 .2 Mé todos Mecân i cos de Med ição de Roscas

a) Medição do diâmetro externo

A medição do diâmetro externo de roscas por meios mecânicos não difere dasmedições externas de cilindros lisos.

Devem ser levadas em consideração em cada lado da rosca pelo menos duascristas dos filetes. No caso de passos grandes pode-se lançar mão de corpos auxiliarescomo por exemplo, dois blocos padrão a cada lado da rosca.

b) Medição do passo

Na medição do passo de roscas é possível usar dois procedimentos diferentes:

- medição sobre um flanco;- medição sobre dois flancos vizinhos, ou seja, medição entre " cristas da rosca ".

Na figura 11.4.a, tem-se o perfil de rosca com a marcação nítida do flancoesquerdo do perfil e do flanco direito.

Segundo a definição, o passo ( n na figura 11.4.a) é a distância entre dois flancosconsecutivos ( esquerdos ou direitos ).

Se o perfil for ideal, com o passo perfeitamente constante ao longo da rosca, opasso aparece também entre quaisquer pontos do perfil, como por exemplo, entre "cristas da rosca " (n* na figura 11.4a). Se por outro lado, houver erros locais de passo,os dois procedimentos lembrados oferecem resultados um tanto diferentes. Neste caso,como resultado mais correto, deve ser considerado aquele obtido de acordo com adefinição do passo, ou seja, obtido pela medição sobre um flanco só.

F igu ra 11 .4 : Med i ção do pas so .F i gu ra 11 .4 : Med i ção do pas so .

6

Nos dois métodos apalpa-se o flanco ( ou os flancos ) com algum apalpador demedição conveniente. O mais frequente nos métodos mecânicos é o apalpador componta esférica. No primeiro método encosta-se o apalpador sempre sobre o mesmo tipode flanco ( por exemplo, sempre o esquerdo ) e mede-se o referido deslocamento doapalpador. Este método é menos seguro, visto que o posicionamento pode não ocorrersempre na mesma altura dos flancos consecutivos.

No segundo método, o apalpador é introduzido entre os filetes da rosca atéencostar nos dois flancos vizinhos, figura 11.4b. Nesta posição o centro do apalpadorcoincide com a linha de simetria do filete da rosca (α1 = α2 = α/2, na figura 11.1a).Medindo-se em seguida o deslocamento do apalpador para o filete seguinte ( medida hna figura 11.4b ), tem-se o valor de um passo. Neste método, porém, é bastantecomum deslocar o apalpador em mais do que um filete, como por exemplo, em 5filetes, obtendo-se depois o passo médio da rosca ( figura 11.4b ).

Algumas máquinas de medir mecânicas, destinadas a realizar a verificação dopasso médio usando o segundo método acima descrito, dispõem de apalpadorescônicos que são ajustados para a medida correta por intermédio de calços-padrão quefazem parte dos acessórios das máquinas de medir.

c) Medição do diâmetro de flancos por meio mecânico

A medição do diâmetro de flancos é uma das mais importantes, pois caracteriza arosca em projetos de dimensionamento.

Dificuldades surgem porque o diâmetro de flancos não é diretamente disponívelpara a medição. De acordo com a definição, o diâmetro em questão é a distânciamedida perpendicularmente ao eixo da rosca na metade da altura do filete. Entretanto,os flancos da rosca encontram-se na realidade deslocados axialmente em valor dametade do passo. Além disso, a ponta central do flanco (onde dever-se-ia medir deacordo com a definição) também não é direta e nitidamente marcada. Logo, não épossível medir o diâmetro de flancos diretamente de acordo com a definição do mesmo.

Servir-se dos diâmetros externos e do núcleo como meios auxiliares para amedição do diâmetro de flancos não é viável nem recomendável, já que estes doisdiâmetros são apenas parâmetros secundários para a definição e funcionamento darosca. Na fabricação dos mesmos não se cuida, por motivos econômicos, de suasdimensões suficientemente para poder aproveitá-los como base de medição.

A solução encontrada e geralmente adotada é servir-se de elementos geométricosauxiliares, como arames calibrados, cones, prismas, esferas, entre os filetes da rosca,permitindo a medição do diâmetro de flancos.

Dois métodos comumente usados serão abordados a seguir.

7

c.1) O método dos três arames

O princípio deste método está esquematizado na figura 11.5. Num lado da roscacoloca-se, entre dois filetes, um arame e no lado oposto da rosca, dois aramessemelhantes.

Os "arames" usados tem a forma de cilindros curtos com geometria de altaqualidade e com diâmetros iguais e conhecidos.

Os três arames acomodam-se nos respectivos filetes tocando os flancos. Odiâmetro dos arames deve ser escolhido em função dos parâmetros da rosca a fim deque toquem os flancos perto da linha média do flanco, e ao mesmo tempo, sobressaiamaos filetes.

A medida Mo na figura 11.5a é tomada com algum instrumento de medição comapalpadores planos, por exemplo, com uma Máquina de Medir, e a partir da mesma épossível calcular o diâmetro de flancos. A medição em si é rápida e não exige máquinascomplexas, mas os cálculos necessários são incômodos. Para facilitá-los usa-se tabelas,gráficos e/ou softwares específicos para esta finalidade. Tomando-se os cuidadosnecessários e aplicando-se as correções devidas, os resultados obtidos são muito bons.

Fundamental é a incerteza de medição do instrumento/máquina de medir que éutilizada para medir o valor de Mo.

Para se conseguir os melhores resultados, o diâmetro teórico dos arames a seremutilizados deve ser calculado a partir da fórmula seguinte:

dD

p=2 2.cos( / )α

, onde p é o passo da rosca . (11.1)

Arames com este diâmetro tocam o flanco exatamente na sua linha média, ondeteoricamente deveria ser medido o diâmetro. Na prática, porém, isto implicará emgrande quantidade de diâmetros dos arames ( para vários e vários h ). Por motivoseconômicos, são usados jogos de arames com diâmetros normalizados, sendo queentão faz-se necessária a devida correção matemática. Os diâmetros dos aramesnormalizados são citados a seguir ( em mm ):

0,17 0,455 1,650,195 0,53 2,050,22 0,62 2,550,25 0,725 3,200,29 0,895 4,000,335 1,10 5,050,39 1,35 6,35

O procedimento de seleção do arame é realizado pelo uso da equação 11.1,escolhendo-se o arame de diâmetro normalizado mais próximo do valor calculado.

Muito importante, para redução de erros sistemáticos durante o processo demedição, é utilizar os diâmetros efetivos de cada arame de medição, obtidos pela

8

calibração dos mesmos, na equação de determinação do diâmetro de flancos. Porexemplo, um erro no diâmetro dos arames igual a 1 µm, gera no diâmetro de flanco deuma rosca métrica ( ângulo de flanco igual a 60 ° ) um erro sistemático de 3 µm.

O valor da leitura sobre arames pode ser deduzido se for estabelecida a premissade que no corte axial da rosca forem alojados não arames, mas sim, discos deespessura infinitamente fina, com o diâmetro dD de arames. Neste caso a partir dafigura 11.5b, podem ser deduzidas as relações trigonométricas A,B, anotadas nestafigura.

Este resultado tem valor apenas teórico, já que na realidade, a medição não éfeita por intermédio de discos finos ( como acima pressuposto ), mas sim com arames decerto comprimento, que tocam os flancos em planos perpendiculares à hélice da rosca enão no plano de corte axial. Portanto, o ângulo de flanco teórico que se estabelece como contato do disco fino não é o mesmo ângulo no qual ocorre o contato efetivo doarame.

F igu ra 11 .5 : O mé todo dos 3 a rames .F igu ra 11 .5 : O mé todo dos 3 a rames .

Estas condições especiais de contato entre arames e flancos deve ser levada emconsideração pela correção δ1 a ser substraída do resultado acima deduzido porque oarame fica para fora da posição ideal, o que faz com que o valor de Mo seja maior doque o correto.

O valor desta correção é:

δπ

α α1 2

22

2 2

22

=dD p g

d. .cos( / ).cot ( / ) (11.2)

sendo apresentado, aqui sem dedução. Este valor pode ser encontrado também a partirde tabelas especiais.

9

Como exemplo, tem-se, na figura 11.6a, uma tabela referente as roscas métricasISO normais. O valor M lido na 5a. coluna desta tabela vale para a força de mediçãozero.

F igu ra 11 .6 : Mé todo dos 3 a rames ; co r r e ções dev i do à f o r ça deF igu ra 11 .6 : Mé todo dos 3 a rames ; co r r e ções dev i do à f o r ça demed i ção .med i ção .

Na realidade não se mede neste método com a força nula, de modo que ocorre o" erro por achatamento " , ou seja, os arames se deformam sob a força de mediçãoverdadeiramente usada na medição, e o resultado obtido é menor do que semachatamento. O erro pode ser eliminado pela introdução de uma correção cujo valorpara α = 60º, é:

CK

dK

Dδ = 0 86

2

3, . (11.3)

e que deve ser somada ao resultado anteriormente obtido.

Este valor pode ser obtido a partir do gráfico na figura 11.6b ou calculado comoproduto entre o valor de δK, retirado da penúltima coluna da tabela na figura 11.6a, eo coeficiente C K= 23 onde K é a força de medição em N.

Na figura 11.6b tem-se no eixo das ordenadas os diâmetros de arames dD emmm e no eixo das abcissas lê-se o valor da correção CδK, em função das curvas para

10

diferentes forças de medição ( de baixo para cima, à direita, força K = 1 N; 1,5 N; 2,0N; 2,5 N; 3,0 N e 10 N ).

Os valores de M dados nas tabelas são calculados para os valores dD dos aramesque constam do jogo normalizado e para os valores teóricos de α/2 = 30º (perfilmétrico perfeitamente simétrico) e do passo p também teoricamente correto. Se qualquerdestas grandezas sofrer alterações, torna-se imperativo, para se obter confiabilidade dosresultados, introduzir correções adicionais. Apesar de que alguns elementos para ocálculo das correções constarem na última coluna da tabela na figura 11.6a, não serãoos mesmos abordados neste curso. Portanto, a fórmula final para cálculo do diâmetrode flanco fica sendo:

KDD Cdg

PdMd δδα

α+−−+

−= 102 )2/(cot.

2)2/sen( (11.4)

c.2) O método com cones e prismas

Os métodos está esquematizado na figura 11.7a. Os respectivos apalpadorespodem ser adaptados nas pontas de vários instrumentos de medição, sendo um dosmais usados o micrômetro ( figura 11.7b e c ).

F igu ra 11 .7 : Med i ção de ro s cas ; mé todo do p r i sma -cone .F igu ra 11 .7 : Med i ção de ro s cas ; mé todo do p r i sma -cone .

O prisma deve ser inserido na ponta sem folga, porém, facilmente girável, já queno momento da medição deve se acomodar sobre o flanco de acordo com o passo darosca.

O método é bastante comum em oficinas, já que oferece rapidamente osresultados, sem cálculos adicionais e de fácil aprendizagem .

11

Porém, este método não deve ser empregado para um controle rigoroso dodiâmetro de flancos de calibradores de rosca, já que a incerteza de medição deprocesso é elevada, isto é, não adequada para calibração destes padrões.

O maior problema reside na necessidade de se ter a coincidência perfeita entre osperfis da rosca com o cone e o prisma. Qualquer erro angular em qualquer das peçasenvolvidas, provocará erros de medição, como mostra nitidamente, em formaexagerada, a figura 11.7d.

c.3) O método das duas esferas

A medição do diâmetro de flanco de roscas internas pode servir-se do princípio demedições diferenciais segundo o método das duas esferas ( figura 11.8c). Como padrãode referência para esta medição utiliza-se blocos padrão de comprimento em conjuntocom padrões especiais ( blocos de transferência ) que possuem, segundo o ângulo deflanco da rosca a medir, chanfros de 55º ou 60º ( figura 11.8b ). A distância (a + b)( figura 11.8b ) destes blocos especiais é conhecida, determinada por calibração.

Para a montagem do padrão de referência, existem basicamente doisprocedimentos. O primeiro utiliza um bloco padrão comum, montado entre os blocos detransferência ( figura 11.8b ), de modo que o valor final do comprimento entre osvértices dos flancos ( X na figura 11.8a ) seja um valor aproximado ao do diâmetrode flanco da rosca a medir ( figura 11.8a ).

O valor " X " é calculado segundo a fórmula:

X d p gp

d p gd

K= + +

+ −2 2 2

28

2 2 22

.cot ( ).cot ( )

sen( )

αα

α

(11.5)

onde: d2 - diâmetro de flanco em mmp - passo em mmα - ângulo de flanco em grausdK - diâmetro das esferas em mm.

O segundo procedimento, além de utilizar o bloco entre os padrões detransferência, utiliza outro bloco sob um destes a fim de que haja uma defassagem entreos flancos, correspondente ao valor do passo da rosca a medir ( figura 11.8d ).

Estudos experimentais constataram não haver diferença significativa entre osresultados apresentados por um ou outro método.

12

F igu ra 11 .8 : Med i ção de ro scas i n t e rnas .F igu ra 11 .8 : Med i ção de ro scas i n t e rnas .

Assim como os arames de medição, as esferas também apresentam diâmetrosnormalizados. Estes são 0,7; 0,8; 0,9; 1,35; 1,7; 1,8; 2,3; 3,1 e 3,3 mm .

O processo de medição do diâmetro de flancos de roscas internas é maiscomplexo do que o método dos três arames, exigindo muita atenção no seuequacionamento e durante as medições.

A medição é realizada com auxílio de uma máquina de medir que apresentadispositivos e acessórios especiais.

O método do cone-prisma é utilizado com frequência para medição de roscasinternas ( figura 11.7c). Porém, a incerteza de medição deste método, a exemplo dasroscas externas, não é adequada para realizar a calibração de calibradores.

A calibração de calibradores de rosca exige máquinas de medir de alta qualidade,como por exemplo as que se utilizam do princípio de ABBÉ.

11.2 .3 Mé todo Óp t i co de Med ição de Roscas E x t e rnas11 .2 .3 Mé todo Óp t i co de Med ição de Roscas E x t e rnas

Como já lembrado, os métodos ópticos são caracterizados pelo uso de ummicroscópio.

O microscópio para medição de roscas é projetado para esta finalidade, com avantagem de disporem de oculares especiais chamadas pelo fabricante de " oculares-revólver ". Cada ocular é constituída de uma placa giratória de vidro, com váriosdesenhos de roscas e traços perfeitamente delineados, obtidos por gravação a ácido. As

13

figuras gravadas aparecem no campo visual do microscópio junto com a imagem darosca a ser medida.

Basicamente, dois são os métodos utilizados para medição óptica do diâmetro deflanco. Embora os métodos sejam diferentes, não são necessários cálculos complexos naobtenção dos valores efetivos.

a) Processo de intersecção dos eixos:

A medição por este processo é feita tangenciando os gumes das facas de mediçãonos flancos da rosca, num plano horizontal, coincidente com o eixo axial do calibrador.Estas facas tem, paralelamente ao gume, um traço fino que é utilizado como linhaauxiliar nas medições. Esta linha auxiliar é coincidente com o espaçamento entre osreticulados na ocular goniométrica para determinadas aplicações pré-definidas.

Neste processo, o cabeçote do microscópio deve permanecer na posição vertical( inclinação zero).

Utiliza-se também, ao mesmo tempo, iluminação diascópica ( de baixo para cima) para visualização do flanco, e episcópica ( de cima para baixo ) para observação dotraço na faca de medição.

A medição consiste em tangenciar o retículado à linha de medição da faca em umlado da rosca e a seguir, dando um deslocamento do calibrador apenas na direçãoperpendicular à axial, tangenciar o retículado no lado oposto da rosca.

A diferença entre as leituras realizadas é o valor do diâmetro de flanco da rosca.

b) Processo de Duplicação do Perfil

Uma ocular de duplicação, através de um prisma, duplica e inverte o perfil darosca, permitindo uma simulação de acoplamento ( encaixe ) da imagem duplicada como perfil real da rosca. As leituras obtidas através da simulação deste acoplamento dosdois lados da rosca determinam o valor do diâmetro de flanco efetivo.

A medição do diâmetro externo, diâmetro de núcleo, passo e ângulos de flancosão feitas diretamente nos oculares comuns.

Na figura 11.9a, tem-se o exemplo do campo visual de um microscópio munidocom ocular/revólver para as roscas métricas.

O contorno do perfil da rosca a ser medido é desenhado na figura com traçogrosso. Os perfis que constam da placa giratória da ocular-revólver aparecem em linhatracejada com números indicando o passo de cada um dos perfis.

No campo visual aparece uma escala em graus ( a margem esquerda do campovisual na figura 11.9a ) para o posicionamento correto de perfis da placa giratória.Deve-se lembrar ainda que no campo visual aparece, de uma vez, só parte dos

14

desenhos gravados; o resto é visível ao girar a placa por intermédio do parafusoapropriado.

Para se ter uma idéia de todos os desenhos que constam em uma das placas, nafigura 11.9b, tem-se o caso bastante típico da placa giratória para a medição de roscasmétricas ISO.

Constam na placa:

- no segmento A, os perfis métricos corretos para os passos de 0,075 até 6 mm;

- R - duas figuras perpendiculares, com traços duplos, usadas como miras para ocomeço e o fim de um caminho de medição, na direção dos eixos X e Y,respectivamente;

- C - uma escala para a medição rápida de 0,01 até 0,1 mm;

- D - duas escalas horizontais e uma vertical com divisões correspondentes a 0,02mm, sendo a extensão total de cada escala de 4 mm. Estas escalas servem para amedição rápida de profundidades de roscas, acabamentos de pontas de roscas,etc.;

- E - linhas tracejadas oblíquas, com ângulo de 60º (intercalados com escalas D),usadas para a medição do ângulo de flancos;

- F - uma cruz de fios, tracejada, para a medição de ângulos pequenos ( até ± 7º )junto com a escala na ocular ( compare na figura 11.9a a escala na extremaesquerda ), para medição com apalpador adicional e outras medições;

- G - uma figura de traços duplos, com 60º para a medição de passos de roscas.

F igu ra 11 .9 : Mé todo óp t i co de med i ção de ro s cas .F i gu ra 11 .9 : Mé todo óp t i co de med i ção de ro s cas .