05/04/22

Contextualização Metrológica 

Diante de um mercado exigente e desafiador, que acompanha a indústria 4.0 é importante considerar a redução dos custos de produção, sem perder a excelência. 

O compromisso em gerar confiabilidade e credibilidade junto aos clientes está no rigor da conformidade dos parâmetros, que inclusive aumenta à medida que a complexidade geométrica e a precisão dimensional de uma determinada peça aumentam. 

No entanto, existem fatores que podem influenciar a conformidade dimensional de uma determinada peça, uma vez que durante o processo de fabricação, fatores internos e externos podem causar variabilidade e imperfeições (Figura 01).

Essas variações podem interferir na capabilidade do processo de fabricação, que está diretamente relacionado com a produção dentro dos limites dos especificados. 

Mediante o exposto, informações completas e confiáveis poderão ser potencializadas por meio de métodos e de um rigoroso controle de qualidade, que permitam diagnosticar com mais precisão todo o processo de produção. 

Controle esse que poderá ser eficazmente atingido através de uma boa análise metrológica, realizada por equipamentos de qualidade e por profissionais e técnicos de excelência. 

Figura 01: Fatores que interferem na conformidade geométrica de uma peça. Arte: Moisés Henriques B. Pereira adaptado de Brito Neto (2003).

Se você se interessou pelo tema, permaneça por aqui, que importantes considerações serão ressaltadas. O termo metrologia vem do grego 'metron' e significa “medida” e logos significa “estudo”. 

A metrologia é uma ciência relacionada com o estudo dos aspectos da medição e suas aplicações. No contexto industrial, o termo metrologia engloba os sistemas de medição responsáveis pelo controle dos processos produtivos e pela garantia da qualidade e segurança dos produtos finais. 

O mercado industrial está cada vez mais competitivo e os clientes cada vez mais exigentes, o que faz com que o setor busque pela otimização de seus processos produtivos alinhados a um excelente controle de qualidade. 

A padronização dos processos industriais, principalmente na área de Tornos CNC, garante uma visão clara e amplificada do processo na indústria, auxiliando os gestores a identificarem o que precisa ser melhorado e aprimorado, para que seja garantida a alta qualidade das peças e serviços prestados. 

Apesar da indústria CNC contar uma mão de obra extremamente qualificada, ainda é comum haver algumas interpretações equivocadas a respeito do processo ou até mesmo alguns mitos que vêm se consolidando ao longo do tempo, com relação aos métodos de metrologia, dentre eles cita-se os mais comuns:

(1) “É baixa a incerteza por medição de coordenadas (MC)”;

(2) “O investimento em uma boa maquina já é suficiente”;

(3) “Se a medição é automatizada, quase não existe influência do programador ou técnico”;

(4) “Saber operar o hardware e software da máquina já são suficientes para um bom resultado e para um bom desempenho da função”.

Para desmistificar os fatos acima citados, é importante que seja realizado uma análise completa das variáveis, após a elaboração de um projeto e da  confecção de uma peça, de forma mais detalhada e moderna. 

Devido à importância e complexidade geométrica de certos componentes, métodos de controle específicos e equipamentos foram desenvolvidos para a verificação dimensionional. 

Existem várias abordagens que serão aqui destacadas, para que você possa escolher qual é mais adequada para a sua empresa em relação a custo-benefício. Uma que vem ganhando destaque no contexto atual é a mensuração tridimensional.  

Ela é de fundamental importância, uma vez que fornece uma base de dados mais confiável para as tomadas de decisões operacionais. 

Essa abordagem de análise além de melhorar a qualidade das peças, contribui para a redução no índice de refugo de produção, já que peças que poderiam ser inicialmente descartadas pelo método convencional podem ser reintegradas ao projeto, caso tenham condições de montabilidade.

Evolução da metrologia 

 Você já deve estar se perguntando, qual é diferença entre as abordagens na metrologia. Quais são os tipos existentes, qual é a mais adequada?  

Há no mercado desde métodos convencionais ou manuais a métodos mais avançados e completamente automatizados. Então, a resposta é “depende”. 

Cada caso é um caso, tudo vai depender do tipo e da complexidade do material que ser produzir, da quantidade, do porte e da disponibilidade de recursos financeiros da empresa, dentre outros fatores. 

No entanto, é importante que você como profissional da área do CNC tenha uma bagagem,  para distinguir quais são as tecnologias existentes, com as suas potencialidades e limitações e assim adequar à realidade da sua empresa. 

Veja abaixo alguns exemplos:

a) Metrologia manual convencional: se baseia em uma análise linear, pois utiliza medidas, por meio de paquímetros e micrômetros. 

É um método que possui limitações, pois esses aparelhos permitem analisar apenas comprimento, largura, altura e sem contar que algumas empresas ainda utilizam aparelhos analógicos, que pode levar a erros de leitura, além de muitas vezes os aparelhos não passarem por uma rigorosa calibração.

b) Calibração por meio de peças padrão: é utilizada como controle de peças com geometrias complexas, para “zeragem” de dispositivos de controle, avaliação de processos de medição. 

Normalmente, essas peças são réplicas de uma peça de produção, fabricadas sob um controle mais rigoroso e medidas criteriosamente, para conhecer as suas dimensões com incerteza bem mais baixa do que os métodos de controle normais da produção. 

No entanto, esse método apresenta algumas limitações técnico-econômicas. Fatores como a diversidade de peças padrão, a calibração requer a utilização de um sistema de medição mais flexível para a sua calibração. 

c) Medição por coordenadas: devido às suas potencialidades intrínsecas como alta flexibilidade, automatização e informatização, a tecnologia de medição por coordenadas têm sido uma candidata natural para atuar em várias operações e processos. 

No entanto, devido à complexidade geométrica dessas peças e ao baixo nível de incerteza com que os resultados têm que ser obtidos, existe restrições quanto ao uso da medição por coordenadas em muitas dessas operações. 

No entanto,  essa tecnologia está em constante atualização, expansão tecnológica e por isso, será o foco deste artigo. 

As três abordagens já mostradas estão resumidamente esquematizadas na figura 02. 

Figura 02: Abordagens em metrologia aplicada ao CNC. Moisés Henriques B. Pereira.

Metrologia aplicada ao CNC

Com o surgimento dos centros de usinagem CNC e com o aumento na demanda do setor industrial, os processos industriais tiveram que refinar os seus parâmetros de qualidade, para atender aos critérios de conformidade geométrica. 

Os projetos tiveram que se adequar às especificações mais rigorosas, mas ao mesmo tempo mantendo o alto desempenho na produção. 

Diante desse cenário, a tecnologia de medição por coordenadas (MC) tornou-se viável, principalmente quando associado ao desenvolvimento dos computadores, através de uma máquina de medir coordenadas (MMC). 

Através de uma MMC é possível determinar de forma universal, as coordenadas de certos pontos sobre as peças. Esses pontos são posteriormente processados pelo computador associado, resultando nos parâmetros geométricos da peça. 

Vale aqui ressaltar sobre a importância de se realizar a calibração das  peças independente do método utilizado. As formas de calibração dos sistemas de medição que realizam o controle dimensional e geométrico variam de acordo com seu tipo, com a incerteza do padrão, com o tempo, custos e condições. 

Os principais padrões utilizados nestas calibrações estão visualizados e os principais sistemas de medição estão esquematizados na figura 03.

Figura 03: Exemplos de padrões comumente utilizados na calibração de sistemas de medição  e sistema padrão, responsáveis pelo controle metrológico realizado no chão de fábrica. Arte: Feita por Moisés Henriques, adaptado de Brito Neto (2003).

A metrologia 3D é um tipo de inspeção que se baseia na análise de três coordenadas (X, Y e Z) e não apenas na cota linear, como ocorre em aparelhos convencionais. Com a medição 3D, o foco está na montagem final das peças. 

A análise 3D oferece um controle de qualidade mais rigoroso e mais completo, garantindo dados precisos com relação ao posicionamento de furos, batimentos radial e axial, concentricidade e coaxialidade, conhecidos como erros de posição e batimento. 

Além de evitar erros de orientação e de desvios de forma, como planeza, cilindricidade e retitude. 

É importante destacar que as medições efetuadas por uma MMC podem ser divididas em dois grupos: as medições por contato e medições sem contato. 

As medições por contato utilizam o sensor de toque, conhecido como apalpador, que coleta pontos dos na peça com a deflexão do sensor quando há o toque. 

As ações sem contato podem ser realizadas com o sensor laser ou uma câmera digital. Com relação aos apalpadores (sensores de toque), eles são acoplados ao extremo inferior do eixo vertical (Z). 

São de vários tipos, e sua seleção deve estar de acordo com a geometria, o tamanho e o grau de exatidão da peça, onde se destacam:

• Sensores mecânicos

• Sensores eletrônicos

• Sensores ópticos 

Existem outras tecnologias, que em outro momento apropriado falaremos sobre elas, que são os interferômetros a laser. 

O laser é capaz de proporcionar uma resolução mais fina e uma exatidão mais elevada. Outras tecnologias dependem de escalas físicas que estão inevitavelmente associadas com desgaste e danos. 

O método de medição com interferômetro laser sem contato elimina a deterioração mecânica do sistema. 

A maioria dos leitores lineares muitas vezes são fixados na mesa de posicionamento, a uma distância da peça, introduzindo uma fonte adicional de erro (conhecida como erro de Abbe). 

Os interferômetros a laser sem escala física têm a liberdade de serem montados de forma a medir diretamente o deslocamento no ponto de interesse.

Funcionamento e pré-requisitos da tecnologia MMC

Inicialmente, é necessário escolher adequadamente um bom software que faça os cálculos matemáticos, baseados em leituras de dados de um equipamento de medição tridimensional. 

Posteriormente,  o equipamento de medição realizará a captura de dados ao tatear os pontos importantes nas peças e componentes da máquina. 

Os dados obtidos serão enviados ao software escolhido, que fará as análises e indicará os desvios que estão fora dos parâmetros de tolerância.

Como a medição é feita com equipamentos e softwares precisos, os operadores e técnicos terão mais confiabilidade no processo de controle de qualidade já que todo o processo tem menos influência de fontes de incertezas do que o método comum.

A mensuração 3D é mais rápida, prática e confiável, se comparada às mensurações que utilizam os instrumentos analógicos.

Vantagens da medição tridimensional para a  indústria que utilizam CNC

É importante destacar as vantagens que a mensuração 3D oferece, que inclui a (1) otimização dos processos na linha de produção, permitindo com que peças sejam produzidas com mais precisão. 

Geralmente, os softwares utilizados fornecem análises bem detalhadas e relatórios técnicos sobre as peças analisadas. 

Consequentemente, a equipe técnica poderá tomar decisões mais sólidas e poderá detectar precocemente possíveis falhas ou defeitos que poderiam causar prejuízos e atrasos na entrega das peças ao cliente, que poderá oferecer uma vantagem competitiva no mercado 4.0. 

(2) Outro fator importante é reprodutibilidade das peças padronizadas. A inspeção tridimensional, por meio de softwares e equipamentos de última geração permite uma análise precisa e padronizada dos processos e garante que outras peças sejam reproduzidas igualmente com os mesmos padrões e dimensões. 

Além dos pontos destacados acima é importante salientar que a mensuração 3 D contribui também para um aumento da produtividade.  

O software faz automaticamente todos os cálculos de maneira rápida e eficaz, o que não exclui a importância do técnico qualificado. 

Além disso, durante as manutenções preventivas, há um setup menor — o tempo de parada nas máquinas para medição. Então, a linha de produção pode voltar a operar mais rapidamente. 

E o melhor: em sua máxima eficiência produtiva, já que todos os componentes estão 100% dentro dos limites de tolerância do projeto. E por fim, a maior vantagem da medição tridimensional é a redução no índice de refugo. 

A inspeção detalhada é capaz de indicar com dados precisos e confiáveis se uma peça pode integrar a montagem da máquina. 

Trata-se de um tipo de análise com ênfase na eficiência no aproveitamento de recursos e de diminuição de desperdícios. 

Afinal, nem sempre as análises lineares convencionais dão conta de variáveis mais complexas e que fazem toda a diferença na hora de determinar a montabilidade das peças.

Quais empresas e tecnologias escolher? 

Algumas tecnologias e empresas estão se destacando no setor, embora falar de marcas não seja o objetivo deste artigo, algumas serão aqui citadas. 

A Renishaw é uma empresa global, especializada em medição e usinagem de precisão. Os produtos na área de metrologia por eles oferecidos têm as empresas de diversos setores a maximizarem sua produtividade, além de reduzir consideravelmente o tempo necessário para produzir e inspecionar as peças e manter as suas máquinas funcionando de modo confiável. 

Na área de automação industrial, os seus sistemas de medição de posição e calibração permitem que os construtores fabriquem produtos confiáveis e de elevada exatidão. 

A empresa oferece uma alta tecnologia aplicada a MMC com sensores, que vão desde apalpadores por contato original à cabeçotes indexável motorizado, troca de pontas repetível e sistemas de escaneamento modulares. 

A série de produtos conta com um sistema de medição em 5 eixos, como tecnologias de escaneamento com REVO ou o sistema de medição por contato PH20. 

As vantagens estão aumento na produtividade, redução no tempo secundário e na compreensão mais abrangente da qualidade dos produtos.

Outra referência no setor é a Blum Novotest, uma empresa líder global em tecnologia de medição e teste. 

A empresa possui um software de medição FormControl da BLUM, que possibilita a mensuração de peças complexas no tensionamento da usinagem, além de identificar o erro de usinagem a tempo, pois permite que se controle as medidas entre as etapas de usinagem. 

Além disso, o software é compatível com apalpadores comuns e a calibração é realizada somente após a colocação em funcionamento do apalpador ou após a troca da ponta do apalpador, e por fim, permite a compensação das influências da máquina e controle da medição. 

Considerações finais 

O tema proposto é de grande relevância e aplicação. No entanto, o com presente artigo não tínhamos a pretensão de discorrer sobre todo o conteúdo em profundidade, mas sim ressaltar os pontos mais importantes. 

Procuramos apontar desde os métodos mais simples aos mais sofisticados. É importante reforçar a importância da qualificação e experiência do profissional que atua na de usinagem e CNC. 

Cabem às máquinas a “otimização do processo” e aos profissionais o “pensar”. Não adianta ter a melhor tecnologia disponível, se o profissional não estiver altamente qualificado. 

Caso você precise de um auxilio ou consultoria, para escolher o método mais adequado para a sua Empresa, entre em contato com o time da Empresa Papo CNC, que teremos um enorme prazer em atendê-los. Indicaremos as melhores tecnologias disponíveis no mercado.

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